方解石極性選擇繞射式光學元件設計與製作｜國立中央大學博碩士論文系統

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研究生：	田浩廷 Hao-Ting Tien
論文名稱：	方解石極性選擇繞射式光學元件設計與製作 Fabrication and Design of Polarization-sensitive Diffractive Optical Elements
指導教授：	張正陽 Jenq-Yang Chang
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	理學院 - 光電科學與工程學系 Department of Optics and Photonics
畢業學年度：	91
語文別：	中文
論文頁數：	60
中文關鍵詞：	濕蝕刻、方解石、繞射式光學元件
外文關鍵詞：	calcite, wet etching, DOE''s
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論文摘要
利用濕蝕刻的方法，製作出的閃耀式光柵（blazed grating），其blazed angle的大小依靠切割晶體的角度來決定，若是沿著光軸面切割，也能製作出V-Groove形狀的結構。本法的好處在於可以製做出各種角度的光柵，且能將尺度作至約在2μm左右，本文中將討論在哪種週期下的分光效果較好。
因為晶體具雙折射性質在其上塗佈折射率匹配(index matching)的材質，製作出偏極化選擇的繞射式光學元件，使之對入射光的偏極化方向具有選擇性，只讓特定偏極方向的光波產生繞射。又或者可鍍上金屬，作為反射式的光柵，可以使用在光纖通訊系統中。
本文中使用方解石晶體的非等向性濕蝕刻特性，製作閃耀式光柵（blazed grating），其週期在8～16μm，傾斜角度在10～15度。

目      錄
論文摘要................................................ i
目錄....................................................ii
圖表索引................................................iv
第一章、序論............................................1
1-1  閃耀式光柵(blazed grating)簡介...................1
1-2  元件應用.........................................2
1-2-1  在光學讀取頭上的應用........................3
1-2-2  反射式光柵的應用............................5
1-3  論文大綱與安排..................................6
第二章、基本原理........................................7
2-1  繞射元件簡介....................................7
2-2  繞射計算........................................8
2-2-1  繞射理論....................................9
2-2-2  反射式光柵繞射理論..........................13
2-3  極化繞射光學元件設計............................14
2-3-1  方解石晶體及光學特性........................15
2-3-2  元件........................................16
2-3-3  元件原理....................................18
第三章、元件設計與模擬..................................19
3-1  穿透式光柵......................................19
3-2  反射式blazed angle的光柵........................23
第四章、元件製程........................................25
4-1  方解石基板的製作................................26
4-1-1  晶體切割....................................26
4-1-2  研磨........................................27
4-1-3  拋光........................................27
4-2  微影製程........................................28
4-2-1  基板清潔....................................29
4-2-2  光阻塗佈....................................30
4-2-3  軟烤(Soft bake) ............................32
4-2-4  曝光........................................32
4-2-5  顯影(Develope) .............................33
4-2-6  硬烤(Post bake) ............................34
4-3  蝕刻製程........................................35
4-4  塗佈折射率匹配塑膠..............................36
4-5  鍍上反射層......................................37
第五章、蝕刻結果與光學量測..............................39
5-1  蝕刻機制........................................39
5-1-1  量測方法....................................41
5-1-2  檢驗蝕刻品質................................43
5-1-3  蝕刻的問題..................................47
5-2  繞射效率量測....................................48
5-2-1  穿透式極化繞射光學元件之繞射效率............49
5-2-2  反射式的繞射光學元件繞射效率................55
第六章、結論............................................58
參考文獻................................................59

                                

參考文獻
1.Stefen Sinzinger, Jurgen Jahns, Microoptics, Wiley-VCH,New York (1999)
2.Marc Madou, Fundamentals of MICROFABRICATION, CRC, NEW York (1997)
3.莊達人，VLSI製造技術，高立圖書有限公司（1995）
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5.S. Liu, Y. Chen,“Multilevel binary phase grating polarization device with a birefringent substrate,” Opt. Lett.Vol.20，No17(1995)
6.S. Liu, C. Li, Y. Chen,“Polarization device employing the combination effect of double refraction and diffraction,”Appl. Phys. Lett. 67, 1972-1974(1995)
7.Joseph W.Goodman,Introduction to Fourier Optics , McGRAW-HILL INTERNATIONAL EDITIONS(1996)
8.M.C.Hutley,Diffraction Gratings,Academic Press(1982)
9.Xu Wang,Daniel Wilson,Richard Muller,Paul Maker, Dsmnetri Psaltis, “Liquid-crystal blazed-grating beam deflector” , Appl. Opt.Vol.39.No.35(2000)
10.王信中,“光在各向同性與各向異性介質介面上反射之情形, “中央大學光電科學研究所碩士論文, (2001)
11.A. Yariv, P. Yeh, “Optical waves in crystals,” John-Wiley(1984)
12.李金萍,“極化繞射光學元件在高密度光學讀取頭上之應用研究,”中央大學光電科學研究所碩士論文(2000)
13.林俊廷,“凹面型微光柵的設計與製作,”交通大學電子物理所碩士論文（2002）

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