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研究生: 葉語修
Ye, Yu-Siou
論文名稱: 基於表面電漿效應之Smith-Purcell輻射研究
Surface plasmons enhanced Smith-Purcell THz radiation
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: 2016
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 68
中文關鍵詞: Smith-Purcell 輻射表面電漿電子束兆赫波
外文關鍵詞: Smith-Purcell, Radiation, surface, plasmon, electron beam, InSb-based grating, TeraHertz Light source
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  • 電子束在經過期性結構中時會產生Smith-Purcell輻射(SPR),我們利用半導體材料在兆赫波波段下與金屬有相似特性,將半導體材料作為週期性結構基底,並將表面電漿效應導入並吻合輻射波段,產生出兆赫波(Terahertz Radiation)輻射源。半導體材料在不同的溫度下引發的表面電漿效應也會有所不同,因此我們會先對金屬中的表面電漿色散關係式加以了解。
    在常溫下的色散關係式中,調控光柵週期使Smith-Purcell 輻射吻合激發表面電漿條件,藉由激發出表面電漿效應使輻射源增強。並在不同的調控變因如: 電子束能量、環境溫度、材料特性、光柵的厚度與週期變化做分析。在此利用有限時域差分法軟體Lumerical驗證了我們的理論,本文研究提供一種產生兆赫波的方法,在日後的研究中可以藉由改變不同的材料與色散關係式使輻射源產生不同的效果。

    In this work, we propose and analyze a temperature controlled InSb-based grating with ability of producing THz light. Due to the design based on the combination of spoof surface plasmon polariton and Smith-Purcell free-electron lasers possess the ability of producing coherent monochromatic radiation at relevant frequency and angle. By using finite-difference time-domain (FDTD) method and considering the feature of dispersion curve of investigated grating, the mechanism of producing THz light is elucidated. The proposed device can be dynamically reconfigured by simply changing the magnitude of temperature, it would provide a practical route for realizing the compact and tunable radiation light source.

    目錄 口試合格證明 II 中文摘要 III 英文摘要 IV 誌謝 XII 目錄 XIII 圖目錄 XV 第一章 簡介 1 1.1金屬表面電漿(Surface plasmon)簡介 1 1.2兆赫波(Terahertz Radiation)簡介 2 1.3 Smith-Purcell Radiation(SPR)簡介 4 1.4 論文動機 10 第二章 表面電漿特性 11 2.1 表面電漿(Surface plasmon)特性 11 2.2 金屬Drude model模型 12 2.3 金屬/介電質色散關係及特性 15 2.4 表面電漿激發方式簡介 19 第三章 模擬方法-FDTD(有限時域差分法) 25 3.1 馬克斯威爾方程式(Maxwell’s Equations) 26 3.2 Yee網格及旋度方程式的離散化 28 3.3 FDTD的數值穩定 33 3.4 吸收邊界Perfect Matched Layer(PML) 34 3.5 Lumerical 簡介 38 第四章 THz Smith-Purcell輻射研究 42 4.1 設計理論-THz range Smith-Purcell radiation 43 4.2 電子束及溫度對色散曲線的調控 50 4.3電子束及溫度對SPR的調控 54 4.4 光柵厚度對SPR強度的調控 59 4.5 不同結構關係的Mimic SPP 61 第五章 結論 65 參考文獻

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