張正陽
伍茂仁

本論文最主要目的是設計一波導模態共振濾波器（guided-mode resonance filter，GMR），使其具有下列三大特性：提升濾波器側帶（sideband）的穿透率（最大透射率 > 0.9）、加寬高穿透率的頻譜區域（具高透射率側帶範圍 ≥ 400 nm）、使共振線寬Δλ變窄（Δλ < 1 nm）。我們提出的結構由上往下分別為：SiNx光柵、SiNx波導、SiO2基板。我們先利用波導理論設計出波導的厚度及特徵模態，利用相位匹配求得相對應的光柵週期，接著引入等效介質理論（effective medium theory）提升側帶特性。也探討尺度因子（filling factor）與光柵深度兩結構參數對於波導模態共振濾波器弱調制（weak modulation）現象的影響。經考慮製程可行性，最後成功設計出TE（transverse electric）與TM（transverse magnetic）兩種偏振態下的波導模態共振濾波器：針對TE模態，共振波長在1550 nm、共振線寬為0.79 nm、側帶寬為668 nm、最大側帶穿透率可達0.9378；而針對TM模態，共振波長在1550 nm、共振線寬為0.77 nm、側帶寬為714.94 nm、最大側帶穿透率可達0.9362。最後，使用嚴格耦合波理論（rigorous coupled wave analysis，RCWA）模擬其頻譜側帶特性，並與等效介質理論所模擬之頻譜側帶特性做一驗證。並探討製程容忍度，光柵深度變異對於共振波長與共振線寬的影響，最後針對設計的兩波導模態共振濾波器其頻帶結構（band structure）做一學理上合理解釋。