在奈米或介觀尺度下，傳統的電磁或光學模型不再普遍適用，此時「邊界條件」對物理現象具有決定性的影響，許多定義物理參數的傳統觀念以及計算方式在此尺度下必須被重新思考並做修正。所謂介觀系統，是指電磁波或聲波的波長與結構的特徵長度在同一數量級的系統。在此尺度下工作的元件，往往具有不同於傳統元件的物理特性，因此必須在實作之前先在理論上做深入的探討，以節省時間與金錢，增進研究的效率。理論光學即是為解決此類問題而服務。具體而言，我們設計並研究各種在奈米或介觀尺度下的電磁、光學與聲學介質與結構的物理特性與應用。研究對象包括光子晶體/聲子晶體、超材料與變換光學、奈米級材料的物理特性，以及奈米級元件的工作特性等等。

欒丕綱 ・ 張殷榮

欒丕綱

欒丕綱教授的研究主要包括光子晶體與聲子晶體的頻帶理論、負折射/異常折射、光子晶體透鏡與次波長聚焦現象、周期介電質柱/彈性柱波導、超材料的電磁/聲學特性、超透鏡/雙曲透鏡元件，以及變換光學元件之設計等。此外也研究波局域化、時變量子系統、量子相位，以及統計力學。

光子晶體透鏡與次波長成像 (Photonic crystal lens and subwavelength imaging)

本研究目的在

周期介電質柱/彈性柱波導 (Periodic dielectric/elastic waveguides)

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超材料的電磁/聲學特性(The electromagnetic/acoustic characteristics of metamaterials)

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超透鏡與雙曲透鏡 (Superlens and hyperlens)

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其他研究 (Other research topics)

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張殷榮

張殷榮教授的研究主要研究主題為奈米尺寸介電質之光學特性理論建構、薄膜太陽能電池之最佳化電磁設計及光電電磁問題等。

奈米尺寸介電質之光學特性理論建構

在這方面的研究上，我們發展用於預測奈米尺寸介電值之非均向性(anisotropy)理論。藉由直接計算三維周期排列之原子於外加電場下、各個原子之感應電偶極電場(induced dipole electric field)於每一空間位置之向量和，取得感應電偶極場於奈米尺寸體積內之空間分佈，並進一步推導出感應電偶極場與材料之介電係數張量(permittivity tensor)之間的關係。

理論計算之結果顯示: 在塊材(bulk material)時為均向性(isotropic)之正立方晶體，在奈米尺寸時若原子於各方向之排列數不同，則材料會呈現雙折射(單軸uniaxial 或 雙軸 biaxial)之特性；而最大之單軸雙折射發生於具四角形晶格(tetragonal lattices)之非正立方(non-cubic)晶體中。

薄膜太陽能電池之最佳化電磁設計

我們以嚴格之電磁理論出發，率先提出若欲降低太陽能電池在寬頻(broadband)與全方位(omnidirectional)入射下之光反射，必須對包含金屬背電極與透明導電膜之整體結構進行電磁之最佳化設計，同時亦引入太陽輻射光譜以理解其於最佳化設計之影響。

在抗反射的基本問題中，我們揭露在有損(lossy)膜層介入下，極低之光反射率並不等同入射進太陽能電池吸收層之光強度為極大。兩者於入射角度與膜層厚度之不匹配性，是造成無法有效提升CIGS太陽能電池轉換效率之最大原因。故對於CIGS太陽能電池而言，其有損中間層(interlayer)與總體抗反射能力之最佳化設計必須以具備最大穿透入吸收層之光強度為目標。

光電電磁問題

於奈米光電中隨著將金屬引入奈米光路中以激發表面電漿模態，有損材料造成之電磁能量之傳播損失已無法忽略不計。本研究主要在探討損耗系統於深次微米至奈米尺度下之強耦合特性，以建構適用於奈米光電之相關理論。