可调式液晶与光子晶体复合结构的光电特性与应用.PDFVIP

可調式液晶與光子晶體複合結構 的光電特性與應用 撰文　陳志恆、吳柏昌、李偉 以液晶作為缺陷層的光子晶體展現了光子能量抑制及光訊號調控的完美結合； 透過外在刺激（如電場、磁場與環境溫度）調控液晶層的物理參數，可控制光 子晶體的穿透光譜特性，藉此可發展出各式各樣的可調式光電元件，提高光子 晶體的應用價值。本文焦點為含有液晶缺陷層之一維光子晶體，文中簡介其光 子結構及光譜特性，並介紹包括電控雙折射型、光隨耦型以及光學記憶型液晶 與一維光子晶體複合元件的光學調控機制及其相關應用。 一、光子晶體簡介 代 ，則可縮小元件的體積 。 當吾人在光子晶體結構中引入一層有別於原結構 在大自然中，有許多美麗的科學綻放光茫 ，其中 的物質作為缺陷層 （defect layer ）時 ，將會破壞光子 蘊含著簡單且有趣的物理現象 ；光子晶體 （photonic 晶體的週期性排列 ，導致原本完整的光子能隙產生 crystal; PC ）就是其中一種 。西元 1987 年 ，Yablono- 漏光現象 。從穿透光譜上來看 ，光子能隙內將出現 vitch [1] 及John [2] 分別提出 「光子晶體」的結構 ； 若干波峰 ；因係由於缺陷層所引起 ，我們稱之為缺 事實上 ，大自然中早已存在著許多天然的光子晶體 陷模態 （defect modes ），這些缺陷模態出現的位置 結構 ，例如蝴蝶翅膀 、魚鱗 、蛋白石 （opal ）及海 與數量取決於缺陷層結構的設計 ，我們將在下段詳 老鼠的毛等等 ，其所展現的繽紛色彩係因光子能隙 述 。利用此特性 ，已有相關團隊提出在波導 、光纖 、 （photonic band gap; PBG ）的不完全所造成 。 雷射共振腔 、光濾波器等光電元件上的應用 [4–7] 。 一般而言 ，將不同介電常數或折射率的物質依一 另一方面 ，若缺陷層具可調控的材料特性 ，將可有 定的週期性排列所產生的人造晶體即可視為光子晶 效控制缺陷模態的光譜特性 ；此優越的調控機制 ， 體 。依照排列方式 ，其結構可分成三類 ，分別為一 可進一步提升光電元件的性能 。 維 、二維及三維光子晶體 [3] （如圖一所示），其中， 關於含可調式缺陷層之光子晶體的相關研究 ，目 三維結構之製程相當複雜 ，在應用方面 ，目前以一 、 前國內外已有許多團隊製作出液晶與一維光子晶體 二維光子晶體較為廣泛 。例如 ，在一般生活中，眼 的複合結構 。利用液晶分子對外加場—如電場 、磁 鏡鏡片上鍍的多層膜即為一維光子晶體結構 。 場與溫度—的敏感性 ，光子晶體缺陷模態的波長與 基於布拉格繞射 （Bragg diffraction ）原理