平面光波導之折射式光學元件及系統之設計與檢測

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蔡昌恆(Chang-Heng Tsai) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

平面光波導之折射式光學元件及系統之設計與檢測
(Design and Measurement of Refractive Optical Element and System in Optical Waveguide)

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摘要(中)

以平面光波導為基底，在上面建構一個光學系統的優點有兩個：一. 透過半導體製程的方法，我們可以製作出許多在自由空間中不容易製作，甚至是做不出來的透鏡曲面。二. 光路的校準變的非常容易，每個元件在光罩的製作時就已經完全對準確了。本篇論文中，我們在可見光的波段內，以平面光波導為基底，建構了一套光學系統，其中包括了許多種的元件，例如折射式光學元件 ( ROEs )、分光鏡 ( Beamsplitter ) ，甚至是固態浸沒式透鏡 ( SIL )。
本文是以折射式的光學元件為主，在設計方面，我們先以光追跡( Ray tracing )的方法，使用電腦軟體ZEMAX，去找到各個透鏡的參數，再透過光束傳播法 ( Beam propagating method )，利用電腦軟體BeamPROP，實際模擬光束在波導內傳遞的情形。在製作方面，我們以Glass作為光波導層，氮化矽 ( SiNx )作為透鏡的材質，利用半導體製程的方法，將設計的系統製作出來。在檢測方面，我們將sample架置在光學桌上做量測，由於透鏡的曲率、形狀或孔徑大小之不同，從上視圖可以看出光會有準直化、聚焦及分光的效果；從sample末端量測，在SIL鏡組的系統中，聚焦點小於0.77 μm。

關鍵字(中)

★ 折射式元件
★ 平面光波導
★ 固態浸沒式透鏡

關鍵字(英)

★ SIL
★ waveguide
★ ROEs

論文目次

目錄
論文摘要 i
目錄 ii
圖表索引 v
第一章、緒論 1
第二章、基本原理 6
2 – 1 前言 6
2 – 2波導之相關原理 7
2 – 2 – 1 波導模式 7
2 – 2 – 2 波導模式臨界點 8
2 – 3 影響成像點之因素 11
2 – 3 – 1 像差 11
2 – 3 – 2 繞射極限 14
2 – 4 光束傳播法 16
2 – 5 固態浸沒式透鏡 19
2 – 6 實驗流程 22
第三章、系統設計與模擬 24
3 – 1 前言 24
3 – 2 準直透鏡組之設計與模擬 24
3 – 2 – 1 實際製作準直透鏡組之設計 27
3 – 2 – 2 準直透鏡模擬結果之討論 33
3 – 3 固態浸沒式透鏡之設計與模擬 34
3 – 3 – 1 實際固態浸沒式透鏡之設計與模擬 34
3 – 3 – 2 固態浸沒式透鏡模擬結果之討論 42
第四章、元件製作 44
4 – 1 前言 44
4 – 2 元件製作 44
4 – 2 – 1 光罩繪製與製作 44
4 – 2 – 2 矽晶片上的製程 46
4 – 2 – 3 取得正確尺寸之sample 48
4 – 3 製作結果量測與討論 49
第五章、元件檢測與分析 54
5 – 1 前言 54
5 – 2 量測系統 54
5 – 3 量測結果與討論 59
5 – 3 – 1 平面光波導之確認 59
5 – 3 – 2 平面光波導之折射式光學元件之量測 61
5 – 4 其他因數之觀測與討論 69
5 – 4 – 1 波導層厚度不同之比較 69
5 – 4 – 2 不同波長的光源之比較 71
第六章、結論與未來展望 77
參考文獻 79

參考文獻

參考文獻
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指導教授

張正陽(Jeng-Yang Chang)

審核日期

2003-7-8

推文