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研究生: 黃柏豪
Huang, Bo-Hao
論文名稱: 四能級增益介質之有限差分時域模型模擬研究以VORPAL粒子式有限差分時域模擬程式為工具
Finite-difference-time-domain model of four-level gain medium using VORPAL partical-in-cell finite-difference-time-domain program
指導教授: 藍永強
Lan, Yung-Chiang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 光電科學與工程學系
Department of Photonics
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 61
中文關鍵詞: 表面電漿子四能級增益介質Vorpal
外文關鍵詞: Surface plasmon, four-level gain mediunm, Vorpal
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  •   雷射增益介質利用範圍廣泛,而VORPAL擁有可隨使用者編寫疊代步驟的功能,因此可透過VORPAL來模擬四能級雷射系統,並且可在之後的研究結合表面電漿子,以觀察兩者的交互作用情形。
      本論文主要討論四能級增益介質系統的原理、疊代方程式、以及FDTD模擬,透過VORPAL這套軟體可以將四能級增益介質系統完整描述,並且更可以討論以表面電漿子驅動四能級增益介質系統,期望在未來可以達成一個可在小尺度下作用的雷射源。

    The applications of laser gain medium have been extendedly investigated. Vorpal PIC-FDTD program has a function to implement the iterative solving of differential equations by user writing the solving procedure. Therefore, we can use Vorpal to model the four-level laser gain medium. Furthermore, the interaction between the surface plasmon fields and the gain medium can be examined under this function of VORPAL.
    In this thesis, we first examined the iterative equations of a four-level gain medium within the FDTD simulations architecture. Then they are implemented in Vorpal program. Finally, the properties of output power vs. input power for a slab of four-level gain medium are examined and analyzed. In the future, we hope to combine surface plasmon effect and four-level gain medium in VORPAL to model a plasmonic laser.

    中文摘要 II 英文摘要 III 誌謝 XII 目錄 XIII 圖目錄 XV 第一章 前言 1 1.1表面電漿簡介 1 1.2四能級雷射簡介 2 第二章 表面電漿特性 4 2.1表面電漿概論 4 2.2 Drude Model 4 2.3介電物質與金屬接面(Insulator-Metal)的表面電漿模態 5 第三章 模擬方法-FDTD(有限時域差分法) 10 3.1馬克斯威爾方程式(Maxwell’s Equations) 10 3.2 Yee網格及旋度方程式的離散化 12 3.3穩定條件(Courant Condition) 14 3.4吸收邊界Perfect Matched Layer(PML) 15 3.5 VORPAL簡介 18 第四章 四能級雷射系統FDTD架構 20 4.1四能級雷射系統原理介紹 20 4.2四能級雷射系統FDTD推導 22 4.3四能級雷射系統FDTD VORPAL CODE撰寫 26 第五章 四能級雷射系統in VORPAL 27 5.1表面電漿子測試 28 5.2四能級雷射系統測試 32 第六章 結論 45 參考文獻 46 附錄A 47

    [1]邱國斌、蔡定平(2006),「金屬表面電漿簡介」,物理雙月刊,第廿八卷第二期,頁472-485
    [2]W. L. Bames, A. Dereux, and T. W.Ebbesen, Nature, Vol. 424, pp.824-830(2003)
    [3]葛德彪、闫玉波(2005),電磁波時域有限差分方法(第二版),西安電子科技大學出版社
    [4] VORPAL: http://www.txcorp.com/products/VORPAL/index.php
    [5] Siegman A E 1986 Lasers (Mill Valley, CA: University Science
    Books) chapters 2, 3, 6, and 13
    [6]Lasing in metamaterial nanostructures Anan Fang1, Thomas Koschny1,2,3 and Costas M Soukoulis1,2,3

    下載圖示 校內:2016-09-02公開
    校外:2016-09-02公開
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