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系統識別號 U0026-0708201913333100
論文名稱(中文) 電子迴旋運動激發表面電漿發射產生具軌道角動量光束模擬研究
論文名稱(英文) Generation of light beams with orbital angular momentum by electron cyclotron motion excited surface plasmon emission
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 107
學期 2
出版年 108
研究生(中文) 沈佳輝
研究生(英文) Chia-Hui Shen
學號 L76061325
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 65頁
口試委員 指導教授-藍永強
口試委員-張世慧
口試委員-張允崇
中文關鍵字 表面電漿  軌道角動量  電子束  電子迴旋運動  光柵耦合 
英文關鍵字 Surface plasmons  Grating coupling  Obital angular momentum  Eectron cyclotron motion  Eectron beam 
學科別分類
中文摘要 當電子束通過光柵結構時會使表面電漿輻射,且改變光柵的週期會使輻射角度改變。利用這個機制,我們設計週期性光柵沿著圓排列,以具有電子迴旋運動的電子束在結構下方通過,使其輻射出軌道角動量光束。通過固定電子束能量來改變光柵的個數和固定光柵個數來改變電子束的能量能得到不同拓撲電荷的軌道角動量光束,並觀察其相位分布。
本篇論文主要討論產生軌道角動量的新方法,由於其獨特的相位型態和物理特性,在光學鑷子、光通訊系統、量子通訊等領域得到廣泛應用。
英文摘要 When the electron beam passes through the grating structure, the surface plasma is radiated, and changing the period of the grating changes the radiation angle. Using this mechanism, we designed periodic gratings to be arranged along a circle, with an electron beam with electron cyclotron motion passing under the structure to radiate an orbital angular momentum beam. By fixing the electron beam energy to change the number of gratings and the number of fixed gratings to change the energy of the electron beam, orbital angular momentum beams with different topological charges can be obtained, and the phase distribution can be observed.
This paper mainly discusses a new method for generating orbital angular momentum. Due to its unique phase pattern and physical properties, it is widely used in optical tweezers, optical communication systems, and quantum communication.
論文目次 口試合格證明 II
中文摘要 III
英文摘要 IV
誌謝 XV
目錄 XVI
表目錄 XVIII
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光的軌道角動量(Orbital angular momentum)簡介 2
1.3 論文動機 7
第二章 表面電漿(Surface Plasmon) 8
2.1表面電漿特性與原理 8
2.2 金屬Drude model 9
2.3 金屬-介電質(IM)色散曲線 14
2.4介電質-金屬-介電質(IMI)色散曲線 18
2.5 表面電漿激發方式 22
2.5-1 光柵耦合(Grating Coupler) 23
2.5-2 消逝波內部全反射耦合(ATIR Coupler) 24
2.5-3 電子束激發 26
第三章 模擬方法-有限時域差分法(FDTD) 27
3.1 馬克士威爾方程式(Maxwell’s Equation) 28
3.2 FDTD基本運算原理 31
3.3 FDTD穩定條件 35
3.4 完美匹配層(Perfect Matched Layer, PML) 37
3.5 模擬軟體-Lumerical 簡介 41
第四章 利用電子迴旋運動產生軌道角動量光束 44
4.1 電子束以迴旋運動激發表面電漿 44
4.2 表面電漿經由週期性光柵輻射 46
4.3 渦旋波束的相位分布 50
4.4 通過週期性光柵個數來改變l值 55
4.5 通過電子束能量來改變 l 值 58
第五章 結論 62
參考文獻 63
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