陳啟昌

本文研究關於一維亥姆霍茲共鳴器陣列及Morpho 蝴蝶翅膀微結構的特性。 藉由共振腔的共振(局域共振)，亥姆霍茲共鳴器陣列可以在特定頻率產生很大的吸收。調整亥姆霍茲共鳴器的結構參數可以觀察到不同結構的共振波長位移的情形。而彈簧質量模型的近似，可以幫助我們更進一步的了解聲波在亥姆霍茲共鳴器中的共振行為。在模擬的過程中我們發現亥姆霍茲共鳴器陣列在特定頻率會有類似Fabry–Pérot干涉的效應，且其頻率與底板厚度相關。由穩態場圖可以觀察到此效應是由底板和亥姆霍茲共鳴器陣列的共振所產生。在應用方面，由測試的結果發現，亥姆霍茲共鳴器陣列對於液體參數變化的感應非常靈敏，因此很適合拿來量測混和溶液的濃度變化。 在聲學的量測系統上我們採用了Ultrasonic immersion transmission technique來量測亥姆霍茲共鳴器陣列。並且在結構特性量測及濃度量測的兩個階段分別採用了不同的量測架構。量測結果顯示在高低頻的信號對比度都超過20dB，且結構對濃度變化的靈敏度高達1757 kHz/Molar ratio unit(Molar ratio 0-0.035)。 Morpho蝴蝶翅膀結構的部分，我們採用嚴格耦合波理論和平面波展開法來分析此結構的特性。我們發現其lamella間的錯位是造成斜向入射時反射光不會有色偏的主因。此外，我們也發現調整結構的垂直方向週期可以等比例的調整反射光顏色。我們也嘗試把蝴蝶翅膀結構視為一個二維的光子晶體結構，並且使用二維的平面波展開法和計算態密度來分析翅膀結構。計算結果顯示翅膀結構在垂直方向藍光區域並不一定會有相對應的partial band gap。在態密度的結果中，在藍光區域會有明顯的強度下降情形。我們改進了態密度的計算方式，使它可以顯示入射角度及反射光頻率的資訊。與嚴格耦合波理論的結果相比較，雖然反射行為不會完整的相符，不過改良後的態密度的結果所顯示出來的反射特徵與嚴格耦合波的結果一致。這也代表Morpho蝴蝶翅膀結構可以被視為一個二維的光子晶體結構。經由改良後的態密度計算法，可以讓平面波展開法分析斜向入射光的反射行為。