簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 林豐田
Lin, Feng-Tian
論文名稱: 三維次波長長方形孔洞之新點波源模型
A New Point Source Model for the Three-dimensional Sub-wavelength Rectangular Aperture
指導教授: 陳寬任
Chen, Kuan-Ren
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 62
中文關鍵詞: 次波長點波源模型
外文關鍵詞: sub-wavelength, point source model
相關次數: 點閱:128下載:5
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 本研究的主要目的是以修正後的傳統點波源模型描述電磁波穿過完美導體(PEC)上之次波長孔洞後所形成的遠場繞射場分佈。透過建構新點波源模型,希望有助於發現更多次波長波動力學獨特的現象,並且以簡單明確的方式描述,甚至能應用這些發現。

    先前驗證了傳統點波源模型可以用於二維次波長單狹縫,本研究進而將此二維系統以三維環境模擬,而後更進一步縮短狹縫成為一個次波長方形孔洞,在層層遞進的過程中,每一個結構變化的轉折處皆為瞭解問題之關鍵。最後,透過對繞射電磁場在整個空間中分佈的瞭解,我們成功建立起頗為符合電磁波數值模擬的新點波源模型。

    We develop a new point source model to describe the far-field diffraction patterns caused by an electromagnetic
    wave going through a sub-wavelength rectangular aperture pierced in a perfect electrical conductor (PEC) film. Through the whole process, we hope to understand more about sub-wavelength wave mechanics.

    We verified that the conventional point source model could be applied to a system of two-dimensional sub-wavelength single slit. We then study the same structure with three-dimensional Finite-Difference Time-Domain (FDTD) simulation. Then, we change the slit structure to a rectangular hole in sub-wavelength scale. The different results coming from different structures tell us what happened while the light is diffracted by a sub-wavelength hole. Together with the study of the distribution of electric and magnetic fields in free space, we develop a new point source model to be consistent with the FDTD simulation.

    口試合格證明 I 論文題目異動 II 中文摘要 III 英文延伸摘要 IV 誌謝 XIV 目錄 XV 圖目錄 XVII 第一章. 序論 1 第二章. 二維點波源模型 3 2.1. 簡介 3 2.2. 傳統點波源模型 3 2.3. F2d 4 2.4. 模擬環境與座標系統 5 2.4.1. 模擬環境 5 2.4.2. 座標系統 9 2.5. 二維平面上的繞射電磁場 10 2.6. 建模 12 2.6.1. 振幅的決定與相位調整 12 2.6.2. 角度分佈函數的定義 13 2.6.3. 點波源近似 14 2.7. 模型與FDTD 模擬結果比較 16 2.7.1. 單一點波源加上角度分佈 18 2.7.2. 均勻分佈多點波源 20 第三章. 三維系統切原點處XY 及ZY 平面上的點波源模型 23 3.1. 簡介 23 3.2. F3d 23 3.3. 模擬環境與座標系統 24 3.3.1. 模擬環境 24 3.3.2. 座標系統 26 3.4. 原點處XY 平面之Hz, Ex, Ey 26 3.4.1. az >> λ 26 3.4.2. az << λ 28 3.5. 原點處ZY 平面之Ex, Hz, Hy 30 第四章. 三維點波源模型 35 4.1. 簡介 35 4.2. 整個空間中的電場 35 4.2.1. Ex 36 4.2.2. Ey 36 4.2.3. Ez 38 4.3. 整個空間中的磁場 40 4.3.1. Hx 40 4.3.2. Hy 41 4.3.3. Hz 42 4.4. 建模 44 4.4.1. 點波源近似 44 4.4.2. 振幅的決定與相位調整 48 4.5. 模型與FDTD 模擬結果比較 49 4.5.1. 電場 49 4.5.2. 磁場 53 第五章. 結論 58 參考文獻 59 附錄一 60

    [1] Chr. Huygens, “Traitė de la Lumiere,” Leyden (1690).
    [2] Wikimedia Foundation, Inc., (2014 May), “Huygens-Fresnel principle,” 2014 Jul, retrieved from: http://en.wikipedia.org/wiki/Huygens-Fresnel_principle
    [3] A. Fresnel, “Ann Chim et Phys,” Oeuvres, Vol. 1, 89, 129 (1816).
    [4] Math Pages, (n. d.), “Huygens' principle,” 2014 Jul, retrieved from: http://www.mathpages.com/home/kmath242/kmath242.htm
    [5] T. W. Ebbesen, H. J. Lezec, H. F. Ghaemi, T. Thio, P. A. Wolff, “Extraordinary optical transmission through sub-wavelength hole arrays,” Nature, 391, 667 (1988).
    [6] L. Martin, F. J. Garcia-Vidal, H. J. Lezec, A. Degiron, T. W. Ebbesen, “Theory of highly directional emission from a single subwavelength aperture surrounded by surface corrugations,” Phys Rev Lett., 90(16), 167401 (2003).
    [7] F. J. Garcia-Vidal, L. Martin, T. W. Ebbesen, L. Kuipers, “Light passing through subwavelength apertures,” Rev. Mod. Phys., 82, 729 (2010).
    [8] H. Bethe, “Theory of diffraction by small holes,” Phys. Rev., 66 163-182 (1944).
    [9] Halliday, Resnick, J. Walker, “Principles of physics,” John Wiley & Sons, Inc., Asia, 992-994 (9th edition).
    [10] 虞福春, 鄭春開, “電動力學,” 曉園出版社, 158-160 (2006).
    [11] K. S. Yee, “Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell's equations in isotropic media,” IEEE Trans. Antennas Propagat., 14(3), 307-307 (1966).
    [12] R. Courant, K. Friedrichs, H. Lewy, “Über die partiellen Differenzengleichungen der mathematischen Physik,” Mathematische Annalen (in German) 100 (1): 32–74 (1928).
    [13] J. Berenger, “A perfectly matched layer for the absorption of electromagnetic waves,” Journal of Computational Physics 114 (2): 185–200 (1994).
    [14] Wikimedia Foundation, Inc., (2014 Jul), “Spherical coordinates,” 2014 Jul, retrieved from: http://en.wikipedia.org/wiki/Spherical_coordinate_system
    [15] Sophocles J. Orfanidis, “Electromagnetic Waves and Antennas,” 373-376.

    下載圖示 校內:立即公開
    校外:立即公開
    QR CODE