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系統識別號 U0026-2608202000024400
論文名稱(中文) 以偶極表面電漿子模態與表面電漿子調控Smith-Purcell輻射研究
論文名稱(英文) Manipulation of Smith-Purcell radiation by dipole surface plasmon modes and 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 108
學期 2
出版年 109
研究生(中文) 何易凌
研究生(英文) Yi-Ling He
學號 L76064064
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 43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  Smith-Purcell輻射  電子束  週期光柵 
英文關鍵字 surface plasmon  Smith-Purcell radiation  electron beam  period of grating 
學科別分類
中文摘要 電子束經過週期金屬結構時表面會激發出Smith-Purcell輻射,而Smith-Purcell輻射應用領域十分廣泛,如同調光輻射光源,粒子探測與奈米微影技術,且能做可見光、兆赫波等輻射光源,所以本篇論文著重在討論Smith-Purcell輻射。但目前Smith-Purcell輻射的問題在於功率太小,所以利用鎖定頻率來提高功率作為調控方式。
本篇論文利用meep模擬探討三種增強輻射機制,分別為表面電漿效應(Surface plasmon polarition)、共振腔模態(cavity mode)與邊界模態(edge mode)。我們研究的Smith-Purcell輻射位於可見光波段,並且比較單一變因對於整體結構的表面電漿輻射變化,包括電子束能量、光柵週期、光柵長度與光柵高度,進行分析與探討,並且驗證了電子束與平面波都可達到激發dipole 輻射的表現。
英文摘要 When electron beam passes through periodic metal structure, surface will stimulate Smith-Purcell radiation, and Smith-Purcell radiation have wide range application, such as coherent radiation source, particle detection, etc. But the current problem of Smith-Purcell radiation is power too small, so try to use locked frequency to increase power. This paper uses meep to explore three enhanced radiation mechanisms, namely surface plasma, cavity mode and edge mode, and changed electron energy, grating period, length, height, and verify electron beam and plane wave are achieve the performance of exciting dipole mode.
論文目次 口試合格證明 I
中文摘要 II
英文摘要 III
致謝 IV
目錄 V
圖目錄 VII

第一章 簡介 1
1-1 金屬表面電漿簡介1
1-2 Smith-Purcell Radiation(SPR)簡介1
1-3 論文動機2

第二章 表面電漿子效應3
2-1 表面電漿(Surface Plasmon)概論3
2-2 Drude model介紹3
2-3 金屬與介電質(IM)的表面電漿模態與色散曲線5
2-4 表面電漿激發機制7
2-4-1 稜鏡耦合法(Prism Coupling)7
2-4-2 光柵耦合法(Grating Coupling)9
2-4-3 電子束激發9
2-4-4 侷域性表面電漿共振10

第三章 模擬方法─有限時域差分法(FDTD)11
3-1 馬克士威爾方程式(Maxwell’s Equations)11
3-2 FDTD 基本運算原理12
3-3 模擬穩定條件14
3-4 完美匹配層(Perfect Matched Layer, PML)15
3-5 Meep簡介.....15

第四章 Smith-Purcell輻射模擬研究15
4-1 IM結構模擬與實驗參數設定16
4-1-1 IM結構色散關係模擬16
4-1-2 模擬設定17
4-2 模擬結果與討論19
4-2-1 基本頻譜的確定19
4-3 電子束能量調制Smith-Purcell輻射21
4-4 光柵週期調制Smith-Purcell輻射24
4-5 光柵長度調制Smith-Purcell輻射32
4-6 光柵高度調制Smith-Purcell輻射34
4-7 電子束與平面波的比較38

第五章 結論42
參考文獻43
參考文獻 [1] Minghong Wang, Pukun Liu, Guangying Ge, Ruixin Dong, “Free electron laser based on the Smith–Purcell radiation” , Optics & Laser Technology, 39, p.1254–1257.
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[10] Ajoy Ghatak, OPTICS, Fifth Edition, P.10.1

[11] 藍永強,張哲榮,李鵬霄, “以共振腔調制之表面電漿子引發金屬薄膜共振穿隧效應研究”, 第9期, 第12卷, 2010.

[12] 吳民耀, 劉威志, “表面電漿子理論與模擬”, 物理雙月刊, 第2期, 第28卷, 2006.
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