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奈米結構之光波導光偵測器的研究
(2006)
陳瓊華
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Chen Chyong-Hua
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國立交通大學光電工程學系(所)
鑑於光學積體電路具備降低製造成本及大幅縮小整體系統體積的優勢，光子元件整合成為未來在大型積體光學應用及光學系統上很重要的科技。其中在這些應用或系統裡，連結光系統與電系統訊號的積體光偵測器是不可或缺的元件，且其特性在整體的功效表現上扮演著決定性重要的角色。目前文獻裡設計的或是市面上已開發的光偵測器由於受到本身製作結構的限制，在特性上很難同時滿足以下這些功能：高量子效率、快速度及小體積。隨著奈米科技發展愈趨於發達與完善，結合奈米結構的光電元件不僅於製作上成為可能，其光與結構之間互相耦合的獨特性質也成為日後光電元件設計的重心。所以在這計畫裡，首先我們想利用奈米結構與光波導間電場向量的交互作用，探討其高發射電流密度與邊耦合型波導光偵測器相互的作用與結合，來開發可同時滿足上述三者特質的新穎PIN光偵測器。針對邊耦合型波導光偵測器的快速度特性以及於製作整體積體電路時可單石積成地與基底上的任意光子電路元件整合，期可於幾百甚至幾十μm的元件長度下獲得趨近於1的整體量子效率。除此之外，在完整地開發設計理論之後，我們使用此設計理論研製一工作於1550 nm波長的光偵測器並且量測這元件以驗證與比較結果。於文獻裡，目前相關研發波導型光偵測器與奈米光學結合的尚未發現，個人認為如此整合性元件開發對於日後的光學積體電路將是一大突破。
異常增強穿透金屬孔洞陣列的物理機制及其應用之研究
(2008)
陳瓊華
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Chen Chyong-Hua
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國立交通大學光電工程學系(所)
異常增強穿透金屬孔洞陣列的物理機制及其應用之研究 Key words: 表面電漿子、電漿子學、光子能帶、THz 通訊系統、生物化學感測器電漿子光學將成為未來整合於奈米等級下的電子及光子元件電路系統的重要途徑而目前其相關的物理機制及應用發展卻仍尚屬研究初期。自從1998 年Ebbesen et al量測發現於可見光波段區的電磁波通過次波長金屬孔洞陣列後，在某些特定波長具有異常的穿透率，相關的理論及實驗探討其根本之物理機制及特性應用持續熱絡不已。然而，迄今此特異增強穿透值的根本之物理機制解釋仍舊頗受爭議，而且金屬孔洞陣列的設計參數與量測結果的光學特性的相關性仍尚待開發。因此，在這計畫裡，我們計畫研究光與表面電漿子透過不同的金屬孔洞陣列下的互動，探討光學穿透特性與不同的設計參數的關係，並且設計應用於THz 通訊系統下所需之光通道濾波器及於生物化學分子感測系統的光波導耦合表面電漿共振感測器。藉由調整如孔洞大小、形狀等等的設計參數，我們理論及實驗上驗證光學特性與這些設計參數的關係式，並且研究探討譬如主要波長、頻寬等這些特定光學特性的主要影響之物理機制。不僅如此，我們將進一步的應用這些發現及探討，設計具有平坦通道及全方位化的新穎光通道濾波器以及整合奈米光子能帶結構及金屬孔洞陣列設計高靈敏度的光波導耦合表面電漿共振感測器。