陳啟昌

矽波導製作於絕緣體上矽(Silicon-on-insulator，SOI)晶片已大量應用於積體化光子電路，各式元件如光子晶體共振腔已被實現。在光學量子計算中，量子位元是以光的偏振方向來定義，需使用偏振旋轉器控制量子位元的狀況，或形成邏輯閘。 本研究提出新型光子晶體結構，製作於絕緣體上矽波導，可形成偏振旋轉器，並由於其光子能隙的作用，具有反射的效果。我們在此結構中設計一個共振腔，可做為具偏振旋轉的穿透、反射濾波器，或具偏振旋轉的共振腔。 本研究將透過有限時域差分法、有限元素法、特徵模態展開法，這三種方法來分析各個結構。一開始從仿一維光子晶體結構下手，發現單純的仿光子晶體結構無法形成偏振旋轉的效果，進而往已知L型偏振旋轉器結構搭配光子晶體結構的這個方向著手。 經研究發現，蝕刻圓洞結構在特定波長下，設計出的結構會有低反射且穿透面的偏振有旋轉的現象，故可做為一穿透式偏振旋轉器。若設計為蝕刻圓洞波導具空腔結構時，在輸入光為特定波長時，可做為一具偏振旋轉功能的反射式濾波器。 蝕刻方洞結構在特定波長下，設計出的結構會有低反射且穿透面的偏振有旋轉的現象，故可做為一穿透式偏振旋轉器。若設計為蝕刻方洞波導具空腔結構時，在輸入光為特定波長時，可做為一具偏振旋轉功能的穿透式濾波器。若將輸入點光源放在空腔內時，在輸入特定光波長下，可得一具偏振旋轉功能的共振腔。 我們也提出方洞之光子晶體結構，相較於圓洞的結果，不管是在偏振旋轉、濾波器上品質因子表現，皆是蝕刻方洞的結構較好。在蝕刻方洞結構上，我們估計使用70個週期洞結構，可以推測出元件達到反射率接近100%。這樣的高反射率的反射鏡可用在高品質因子的共振腔中。 本研究發現，當增加蝕刻洞數時，不但可以增加品質因子，也可以調整輸出的偏振比例；當改變空腔長度時，即可調整輸出的尖峰波長位置；當調整占空比、洞的寬度與深度、 兩洞中心距離，便可做到控制輸出偏振比例的情況，這些情況在濾波器與共振腔同時適用。可讓我們設計出在特定波長，特定偏振輸出與特定Q值的濾波器與雷射。