光子晶體：從蝴蝶翅膀到奈米光子學(附光碟)

　　光子晶體就是人工製造的週期性介電質結構。1987年，兩位來自不同國家的科學家Eli Yablonovitch與 Sajeev John不約而同地在理論上發現電磁波在週期性的介電質中的傳播模態具有頻帶結構（Frequency band structure）。當某一電磁波的頻率恰巧落在光子晶體的禁制帶（Forbidden band）時，它將無法穿透光子晶體。利用此一特性，各種反射器（Reflector）、波導（Waveguide）與共振腔（Cavity）的設計紛紛被提出，成為有效操控電磁波行為的新手段。

　　光子晶體的實作是由在均勻介電質中週期性的挖洞，或是將介電質柱或介電質小球做週期性排列而成。早期的光子晶體結構較大，其工作頻率落在微波頻段。近年由於奈米製程的進步，使得工作頻率落在可見光區的各種光子晶體結構得以具體地實現，並成為奈米光學研究中最熱門的課題之一。本書詳細介紹光子晶體的理論、製作，以及應用，使讀者能從物理觀點到工程之面向都有深入的認識，為光子晶體相關課題研究（如：波導、LED、Laser等）必備之參考書籍。

作者簡介

欒丕綱

　　1967 年出生於高雄。高雄中學及成功大學物理系畢業。1989 年起就讀清華物理研究所，於1995 年獲得博士學位。服兵役後曾在電腦公司擔任EMI （電磁干擾）工程師。1998 年底重回學術圈擔任博士後研究員，主要從事聲波與電磁波在非均勻介質（Inhomogeneous media ）中之波局域化（Wave Localization ）的研究。2002 年9月起任中央大學光電所助理教授，2007 年8 月起任副教授至今。研究主題包括人工介質（含光子晶體、聲子晶體與左手介質）、量子與統計力學，以及數學物理。

陳啟昌

　　1969 年出生於台北。建國中學及淡江大學電子系畢業。1994 年申請進入法國波爾多第一大學（Universite Bordeaux I）IXL 實驗室就讀，於1995 年6月獲得電子博士課程學位（DEA ）。1995 年10 月申請進入法國法蘭西康德大學（Universite de Franche-Comte ）光學實驗室（Laboratoire d’ Optique P. M. Duffieux ），從事鈮酸鋰調制器之研究，於1998 年3月獲得應用工程博士學位。其後於光學實驗室繼續高速鈮酸鋰調制器之研究工作。1999 年起於中央大學物理系擔任博士後研究員，從事氮化鎵材料研究。2002 年8月起於中央大學光電所擔任助理教授。2005 年8月擔任教授至今。研究主題包括光子晶體，微光學與光通訊用被動波導元件。

第一章　光學的發展與光子晶體的基本概念
　　1.1　古文明的光學
　　1.2　近代的光學
　　1.3　電磁波的種類
　　1.4　表面消逝波與金屬的光學特性
　　1.5　散射
　　1.6　色散
　　1.7　光子晶體的基本概念
　　1.8　光子晶體之相關研究與應用

第二章　非均勻介質中波的傳播與散射
　　2.1　簡介
　　2.2　波的分類
　　2.3　彈性波與聲波
　　2.4　電磁波
　　2.5　輔助場、能量密度與能流密度：二維系統的統一處理
　　2.6　輔助場與其導出量的具體物理意義
　　2.7　穩態解與邊界條件
　　2.8　波局域化

第三章　波在週期結構中的傳播
　　3.1　簡介
　　3.2　週期函數、傅立葉級數與倒晶格
　　3.3　布洛赫定理
　　3.4　布里淵區、頻帶結構、以及帶隙的成因
　　3.5　光子能流與群速度
　　3.6　光子晶體波導、共振腔與光纖
　　3.7　聲子晶體與波動工程

第四章　光子晶體的數值計算方法
　　4.1　簡介
　　4.2　平面波展開－二維系統與純量波法
　　4.3　平面波展開－向量波法
　　4.4　多重散射
　　4.5　傳遞矩陣

第五章　光子晶體導帶與異常折射
　　5.1　簡介
　　5.2　光子晶體透鏡：長波極限
　　5.3　負折射與左手介質－金屬性光子晶體
　　5.4　光子晶體負折射與「似負折射」現象
　　5.5　光子晶體異常折射效應－超越長波極限

第六章　光子晶體元件的設計與製作
　　6.1　一維光子昌體之製作技術
　　6.2　多層膜設計法與應用
　　6.3　二維光子晶體之設計與製作技術
　　6.4　三維光子晶體

第七章　光子晶體的應用
　　7.1　光子晶體波導工程
　　7.2　光子晶體LED與雷射
　　7.3　光子晶體光纖
　　7.4　其他特殊現象
　　7.5　可調式與非線性光子晶體

第八章　超材料、雙曲透鏡與變換光學
　　8.1　簡介
　　8.2　負介電常數與負磁導率的實現
　　8.3　非正定介質與雙曲透鏡
　　8.4　隱形斗篷與變換光學
　　8.5　聲學超材料
　　8.6　超材料研究的問題與挑戰