進階搜尋


下載電子全文  
系統識別號 U0026-0707201712252300
論文名稱(中文) 利用表面電漿效應調控與增強Smith-Purcell輻射研究
論文名稱(英文) Adjusted and enhanced Smith-Purcell radiation by surface plasmons
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 光電科學與工程學系
系所名稱(英) Department of Photonics
學年度 105
學期 2
出版年 106
研究生(中文) 郭信佑
研究生(英文) Hsin-Yu Kuo
學號 L76041147
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 61頁
口試委員 指導教授-藍永強
口試委員-劉文仁
口試委員-張世慧
中文關鍵字 表面電漿  Smith-Purcell 輻射  電子束  可見光  金屬陣列 
英文關鍵字 Smith-Purcell Radiation  surface plasmon  electron beam  metasurface 
學科別分類
中文摘要 當電子束通過期性金屬結構時會激發Smith-Purcell輻射(SPR),而Smith-Purcell輻射的輻射波段與結構週期成正比,故我們可利用Smith-Purcell輻射可做為可見光、紅外光、兆赫波波段等輻射光源。但目前Smith-Purcell輻射遇到的最大瓶頸在於功率太小,所以我們需要找到能實際應用且提高功率的輻射機制 。
本篇論文利用有限時域差分法(FDTD)軟體Lumerical探討三種增強Smith-Purcell輻射的機制,分別為表面電漿效應(Surface plasmon polarition)、類表面電漿效應(Mimic surface plasmon)以及侷域性表面電漿效應(Localized surface plasmon)。我們將Smith-Purcell輻射波段鎖定於可見光波段,並且比較電子束通過光柵與週期性次波長表面結構(metasurface)時所激發Smith-Purcell輻射的差異,改變結構週期、大小、形狀、電子束速度等變因加以分析。
英文摘要 An electron beam passing over metallic gratings can generates Smith-Purcell radiation (SPR). The emission frequency and angle strongly depend on the period of gratings which can be designed. However, the electromagnetic wave radiated by SPR is non-directivity and has low radiated power. The FDTD method is used to simulate the process of radiation emission. In this work, we investigate three kinds of mechanisms of enhancement of SPR. One is enhanced by surface plasmon polarition (SPP) excitation, another is enhanced by mimic surface plasmon polarition (MSP) excitation, and the other is enhanced by localized surface plasmon (LSP). The third mechanism cannot use the grating to excite, so we change the grating to periodic metasurface. Furthermore, the enhanced emission frequency changes with the period, size and shape of the structure and the electron beam energy. The three kinds of mechanisms can be applied to realizing the compact and tunable visible light source.
論文目次 口試合格證明 II
中文摘要 III
英文摘要 IV
致謝 XV
目錄 XVI
圖目錄 XVIII
第一章 簡介 1
1-1金屬表面電漿(Surface Plasmon)簡介 1
1-2 Smith-Purcell Radiation簡介 2
1-3超穎材料(Metamaterial)簡介 4
1-4 論文動機 6
第二章 表面電漿特性 7
2-1 表面電漿(Surface Plasmon)概論 7
2-2 金屬Drude model 8
2-3 金屬-介電質色散曲線 11
2-4 表面電漿激發方式 14
2-4.1 光柵耦合(Grating Coupler) 15
2-4.2 消逝波內部全反射耦合(ATIR Coupler) 16
2-4.3 電子束激發 18
2-4.4 侷域性表面電漿共振 20
2-5 類表面電漿色散關係(Mimic surface plasmon, MSP) 21


第三章 模擬方法-有限時域差分法(FDTD) 23
3-1 馬克士威爾方程式(Maxwell’s Equation) 24
3-2 FDTD基本運算原理 26
3-3 FDTD之數值穩定 30
3-4 完美匹配層(Perfect Matched Layer, PML) 31
3-5 模擬軟體-Lumerical 簡介 35
第四章 表面電漿與Smith-Purcell輻射研究 38
4-1模擬結構與參數設定 39
4-1.1 模擬結構設定 39
4-1.2 模擬參數設定 41
4-1.3 模擬結果與討論 43
4-1.1 模擬結構設定 39
4-2 電子束能量調控Smith-Purcell輻射 45
4-3 侷域性表面電漿(LSP)增強Smith-Purcell輻射 48
4-4 結構之類表面電漿Mimic Surface plasmon(MSP) 55
第五章 結論 56
參考文獻 60
參考文獻 [1]邱國斌, 蔡定平, “金屬表面電漿簡介”, 物理雙月刊, 28卷, 2期, pp. 472-483, 2006.
[2]吳民耀, 劉威志, “表面電漿子理論與模擬”, 物理雙月刊, 28卷, 2期, pp. 486-496, 2006.
[3] H. A. Atwater, “The promise of plasmonics”, Sci Am. Apr;296(4):56-63, 2007.
[4] D. Li, M. Hangyo, Y. Tsunawaki, Z. Yang, Y. Wei, S. Miyamoto, M. R. Asakawa, K. Imasaki, ” Theoretical Analysis on Smith-Purcell Free-Electron Laser”, Free Electron Lasers, Dr. Sandor Varro (Ed.), 2012.
[5] J. Urata, M. Goldstein, M. F. Kimmitt, A. Naumov, C. Platt, and J. E. Walsh, “Super Smith-Purcell Emission”, Phys. Rev. Lett. 80.516, 1998.
[6] F. J. García de Abajo, “Optical excitations in electron microscopy”, Rev. Mod. Phys. 82, 209, 2010.
[7] H. L. Andrews and C. A. Brau, “Gain of a Smith-Purcell free-electron laser”, APS Physics,vol 7, 070701, 2004
[8] J. B. Pendry, L. Martin, and F. J. Garcia-Vidal, "Mimick Surface Plasmons with Structured surfaces", Sci Am. Aug 305(6):847-848, 2004
[9]葛德彪, 闫玉波, “電磁波時域有限差分法(第二版)”, 西安電子科技大學出版社, 2005
[10]藍永強, 邱行偉, “電漿模擬”, 物雙月刊,28卷,2期, pp.498, 2006
[11] J. P. Berenger, “Perfectly Matched Layer for the Absorption of Electro-
magnetic Wave”, Academic press, 0021-9991/94, 1994
論文全文使用權限
  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2017-12-25起公開。
  • 同意授權校外瀏覽/列印電子全文服務,於2017-12-25起公開。


  • 如您有疑問,請聯絡圖書館
    聯絡電話:(06)2757575#65773
    聯絡E-mail:etds@email.ncku.edu.tw