李正中

本論文主要是探討藍尾翠鳳蝶(Papilio blumei)的成色機制與光學特性。因其翅膀上有兩種特殊的虹彩：分佈成帶狀且貫穿前後翅之綠色鱗片及位於後翅尾突之青色鱗片，引起我們的興趣。使用光學/電子顯微鏡觀察，可了解鱗片的表面輪廓與內部結構：發現鱗片表面為二維凹洞陣列，而內部為二維光子晶體結構，主要成分是由幾丁質及空氣共同組成的。如此微妙的凹洞二維光子晶體結構，造就了蝴蝶鱗片的特殊結構色及混光效果之成色機制、偏極轉換的光學特性。 此外，利用有限時域差分法(Finite-Difference Time-Domain, FDTD)模擬蝴蝶鱗片的二維光子晶體結構，藉由調變材料特性(消光係數)、結構(膜層厚度、孔洞寬度或堆疊層數)與光源入射角，可模擬出各種色相、亮度或飽和度的反射光譜。並對蝴蝶鱗片的成色機制有完整分析;掌握了結構與光譜的調變機制，可設計出紅、綠、藍三原色光譜，達到預期的色域範圍，應用於顯示器領域。再者，我們利用等效介質法將複雜的二維光子晶體結構，等效成一維多層膜結構，提供一個容易預測結構色的方式。據我們所知，在光源斜向入射下的擬真模擬反射光譜，及可調式二維光子晶體結構的設計應用，目前尚未有文獻完整提出。 除了基本特性量測與模擬設計外，本論文利用聚苯乙烯小球(polystyrene spheres)、感應耦合電漿離子蝕刻技術(Inductively coupled plasma etching)及雙電子槍蒸鍍法，成功仿造出蝴蝶鱗片的凹洞多層膜結構，並具有結構色與偏極轉換的光學特性。