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系統識別號 U0026-1507201516524600
論文名稱(中文) 以穿隧與共振腔效應為基礎的電漿子波導相干調制研究
論文名稱(英文) Coherent Modulation of plasmonic Waveguide based on tunneling and cavity effects
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 103
學期 2
出版年 104
研究生(中文) 朱亭霖
研究生(英文) Ting-Lin Chu
學號 L76011396
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 58頁
口試委員 指導教授-藍永強
口試委員-成柏翰
口試委員-劉文仁
中文關鍵字 表面電漿子  穿隧效應  電漿子波導 
英文關鍵字 Surface plasmon  Tunneling Effect  Plasmonic Waveguide 
學科別分類
中文摘要 近年光學元件領域受到重視,本論文嘗試設計結構來達成光控制光的效果,由於兩束光的干涉需要一波導來傳遞,故我們由回顧文獻出發,了解穿隧與共振腔效應,接著我們嘗試利用這類型波導結構,來了解兩束電磁波在波導內干涉後的結果,包含相位,振幅調制並利用其特性設計應用元件。
結構設計是利用同一通道兩側輸入電磁波,再藉由穿隧效應將電磁波干涉後的結果在另一通道測得。在相位調制的結果得知當相位差為0時,兩電磁波產生建設性干涉,穿透率幾乎可達100%,而隨著相位差遞增至π,兩電磁波產生破壞性干涉,穿透率逐漸下降,最低到達0.12%。而由以上結果可以利用波包訊號與連續訊號產生破壞性干涉,並抵銷其振幅,輸入一波包即會在輸出端得到一個〝零〞訊號形成反閘的效果。
英文摘要 As we know, light beams traveling in a linear medium will pass though one another without mutual disturbance. Indeed,the field of photonics is based on the premise that controlling light signals with light requires intense laser fields to facilitate beam interactions in nonlinear media, where the superposition principle can be broken. Here we demonstrate that two coherent beams of light can interact on tunneling position of structures in such a way that one beam modulates the intensity of the other. Applications of this phenomenon may lie in coherence filters and logic gate.

Structure is composed of two waveguide and a cavity.Input light beam on both sides of a waveguide then the interference of beams transfer to another waveguide by the cavity. The results of phase modulation is that when the phase difference is zero,this two electromagnetic wave generating constructive interference.The tunneling position is antinode,that energy can be transferred to another waveguide, the transmittance almost 100%. When the phase difference increased to π, the electromagnetic wave generating destructive interference. The tunneling position is node,that energy can not be transferred to another waveguide ,the minimum of transmittance is 0.12%. Based on the above results, we can use wave packet signal and continuous signal generating destructive interference. Therefore, input a wave packet will be a "zero" signals.
論文目次 口試合格證明 I
中文摘要 II
英文延伸摘要 III
誌謝 XII
目錄 XIII
圖目錄 XVI
第一章 前言 1
1.1表面電漿子簡介 1
1.2量子穿隧效應簡介 2
1.3研究動機 3
第二章 表面電漿特性 4
2.1表面電漿子概論 4
2.2 Drude Model 4
2.3金屬與介電質介面表面電漿模態 7
第三章 模擬方法-FDTD(有限時域差分法) 16
3.1馬克斯威爾方程式(Maxwell’s Equations) 16
3.2 Yee網格及旋度方程式的離散化 18
3.3穩定條件(Courant Condition) 20
3.4吸收邊界(Perfect Matched Layer PML) 21
3.5 VORPAL簡介 24
第四章 測試與驗證 26
4.1模擬結果與驗證 28
第五章 電漿子波導相干調制 32
5.1相位調制 34
5.2振幅調制 45
5.3干涉後波形的合成 48
5.4波包訊號的傳遞 51
第六章 結論 56
參考文獻 57
參考文獻 [1] 吳民耀、劉威志,“表面電漿子理論與模擬”,物理雙月刊2期28卷, (2006)
[2] http://zh.wikipedia.org/wiki/量子穿隧效應
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[8] VORPAL:https://www.txcorp.com/products/VORPAL/index.php
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[11] Roman Bruck and Otto L. Muskens , Plasmonic nanoantennas as integrated coherent perfect absorbers on SOI waveguides for modulators and all-optical switches , OPTICS EXPRESS 27662(2013)
[12] Xu Fang, Ming Lun Tseng, Jun-Yu Ou, Kevin F. MacDonald, Din Ping Tsai, and Nikolay I. Zheludev, Ultrafast all-optical switching via coherent modulation of metamaterial absorption, Applied Physics Letters 104, 141102 (2014)
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