2-1 液晶盒樣品製作
在本實驗中所利用到的液晶為 MDA-00-3461，是屬於向列型液晶，
為了方便在兆赫波段下得到此液晶的折射率，於是使用磨刷配向法在玻 璃基板上產生配向[28][29]，並將樣品製作成水平配向的 AP（Anti parallel）
液晶樣品，並在兆赫波量測系統下做折射率量測。以下是液晶樣品的製 作流程：
2-1-1 清洗玻璃
（1） 本實驗使用石英玻璃當作液晶盒的玻璃基板，玻璃基板規格如表 2-1.1。
（2） 首先使用吹球將玻璃表面的微小灰塵清除乾淨，再用酒精擦拭後 放入燒杯內，加入中性玻璃清潔劑，加水使液面蓋過玻璃，再將燒 杯放入超音波振盪器中清洗 8 分鐘。
（3） 使用清水將玻璃表面的清潔劑沖洗乾淨後，用氮氣將玻璃兩面吹 乾，將其放置到另一個乾燥的燒杯內，加入丙酮（Acetone），使丙 酮液面蓋過玻璃，再將燒杯放入超音波振盪器中清洗 8 分鐘。振盪 結束後將丙酮回收以免污染。
（4） 使用丙酮將玻璃表面的丙酮殘留物沖洗乾淨後，用氮氣將玻璃兩 面吹乾，將其放置到另一個乾燥的燒杯內，加入甲醇（Methanol），
使甲醇液面蓋過玻璃，再將燒杯放入超音波振盪器中清洗 8 分鐘。
振盪結束後將甲醇回收以免污染。
（5） 使用甲醇將玻璃表面的甲醇殘留物沖洗乾淨後，用氮氣將玻璃兩 面吹乾，將其放置到另一個乾燥的燒杯內，加入去離子水（D.I Water)，
使去離子水液面蓋過玻璃，再將燒杯放入超音波振盪器中清洗 8 分 鐘。
（6） 將玻璃表面以去離子水沖洗乾淨，並使用氮氣吹乾，放入烤箱中 烤乾水氣（烤箱溫度設定 100℃，烤乾時間為 1 小時），冷卻備用。
2-1-2 配向劑鍍膜
為了防止玻璃表面被污染，使得配向劑無法附著，所以在清洗完玻 璃當天就會進行配向劑鍍膜的步驟。利用旋轉塗佈機（Spin-coater），均 勻的將配向劑塗佈在玻璃表面，並藉由旋轉塗佈的轉速來控制玻璃表面 上鍍膜的厚度。以下是配向劑鍍膜的流程：
（1） 配向劑為 Nissan 130B。使用前先將配向劑從冰箱拿出，放在常 溫下約一個小時，待其回到室溫再開始使用。
（2） 將玻璃放在旋轉塗佈機上面，先用吹球將玻璃上方表面的微小灰
塵清除乾淨，用微量滴管取配向劑數滴，均勻滴在玻璃表面上，並 設定好旋轉步驟，其條件設定為第一步 2000 rpm（1 sec）、2000 rpm
（40 sec），第二步 3000 rpm（1 sec）、3000 rpm（40 sec）。整個塗佈 過程中，室溫控制約在 25℃，濕度控制在 40%RH 以下。
（3） 將配向劑塗佈好的玻璃放在加熱板上軟烤 80℃，時間為 6 分鐘，
目的是使配向劑中的溶劑揮發。
（4） 將軟烤完的玻璃放入已預熱高溫 170 ℃的烤箱中，硬烤 1 小時。
（5） 硬烤完成後，將玻璃取出放入培養皿中冷卻備用。
2-1-3 配向膜磨刷
將鍍好配向膜的玻璃基板放在磨刷機的平移台上，先用吹球將玻璃 上方表面的微小灰塵清除乾淨，設定絨布用 900 rpm 的相同轉速以及相 同轉動方向磨刷玻璃基板，使玻璃表面的配向膜產生配向效果。在磨刷 過程中，轉速頇保持 890 rpm 使表面確實磨刷成功，為了加強配向效果，
我們對每一個玻璃基板都進行了三次同樣的磨刷動作。
2-1-4 切割間隙物（Spacer）
本實驗以白色鐵氟龍片當作液晶盒的間隙物，厚度為 250 微米，先 切割下一片直徑為 2.54 公分的圓形鐵氟龍片，在周圍留下約 0.3 ~ 0.4 公
分的寬度形成圓環狀，並切開一個缺口以利之後填充液晶，中間被切割 下的圓形空間即為填充液晶的位置。將切割好的鐵氟龍間隙物表面清潔 乾淨後放置於培養皿中備用。
2-1-5 封裝液晶盒
取兩片已經配向磨刷好的玻璃基板，磨刷面向內，以相互平行的方 式夾合，切割好的鐵氟龍在兩片玻璃基板中間當作間隙物，留下要灌入 液晶的缺口，玻璃基板間除了預留缺口以外其餘都用 AB 膠將其黏合。
待 AB 膠乾了之後，將液晶盒缺口朝上放置，利用微量滴管吸取少 量液晶滴在缺口上，液晶會因毛細現象吸入液晶盒中。液晶占滿液晶盒 約六成左右，因空氣尚保留在其中，使液晶難以毛細現象吸入液晶盒中，
於是我們將數滴液晶滴在缺口上，之後放入真空箱中抽真空，空氣會隨 之排出，液晶即流進液晶盒中。
液晶全數滴入占滿所有空間後，最後以 AB 膠封合缺口，即完成 AP 液晶樣品。製作完成的樣品參數如表 2-1.2，我們另外利用正交偏振片將 樣品的磨刷方向（液晶分子長軸），與檢偏器（Analyzer）夾 0 度與 45 度觀看其配向均勻度，發現有明顯明暗變化，且樣品配向均勻度良好（圖 2-1.1）。
2-2 包含液晶之光子晶體樣品製作
本實驗使用外層鍍鎳的琴鋼線做為二維光子晶體之針柱（台北探針 公司），直徑寬度為 300 微米。由於鍍鎳的厚度為 3 ~ 5 微英吋（76.2~127 奈米），而鎳在 0.3 THz 的穿透深度（skin depth）約為 30 奈米，小於金 屬針上鍍鎳的厚度，因此可將此金屬針視為純鎳材料做為本篇論文往後 的模擬分析。
首先我們製作六角晶格排列的孔洞結構，利用兩種寬度分別為 270 微米與 300 微米的醫療用針灸針交互排列，在針灸針兩端利用膠帶固定 位置之後將 300 微米的針灸針移除，即可得到間隔為 300 微米寬的針灸 針排列。在製作出三個間隔為 300 微米寬的針灸針排列後，將其相互夾 60 度交疊，即可得到一個六角晶格排列的孔洞結構（圖 2-2.1）。
得到六角晶格排列的孔洞結構之後，將鎳金屬針依序插入孔洞固定 結構（圖 2-2.2），並使用石英玻璃當作基板，利用 AB 膠在玻璃與金屬 針之間做固定，放置在加熱平台烘烤加速凝固，上下玻璃基板固定之後，
即得到一個二維週期性排列的金屬光子晶體樣品（圖 2-2.3）。
實際製作出的金屬光子晶體樣品的結構為六角晶格排列，其針柱的 直徑經由螺旋測微器量測出直徑為 286 微米。將樣品放在光學顯微鏡下 做觀察（圖 2-2.4），得到金屬針在側向的週期排列長度為 556 微米，換
最後我們使用石英玻璃拼成拼成一個盒子，大小參數如圖 2-2.5，恰 可放入先前所製作之金屬光子晶體樣品，將向列型液晶 MDA-00-3461 滴入石英玻璃盒，大約 7 分滿後放入真空箱抽真空，盡量使樣品內的空 氣排出，重複抽真空後滴液晶的動作持續到加滿液晶為止，利用石英玻 璃將上方蓋上使用 AB 膠封盒，即完成包含液晶之金屬光子晶體之製作
（圖 2-2.6）。
2-3 兆赫波量測系統
八零年初，Mourou 及 Auston 等研究群首先嘗試將光致電導閥所產 生的電脈衝以偶極天線輻射出，並使用另一偶極天線來接收，此開啟了 兆赫輻射波研究之重要課題[30][31][32][33]。後續之研究包含了各種天 線之研製，其中尤以 Grischkowsky 所發明之偶極天線尤為重要[34]。其 後，Auston 等研究群更發現，將超短脈衝雷射照射於不同的元件結構，
如 p-i-n 二極體[35]，delta-doped GaAs[36]，非對稱耦合量子井[37]，甚 至從未加偏壓之半導體表面[38]亦可產生頻率在兆赫波段的電磁輻射，
此即所謂兆赫輻射現象。以此方式產生之兆赫波，不但遠較傳統之兆赫 波源，如自由電子雷射來得簡便，更具有時間解析度在 ps 以下的優點，
同時，由此法產生之脈衝波與激發之雷射光脈衝同步（synchronized），
因此可應用鎖相（phase-lock）技術來增加量測的靈敏度。
在本實驗中所使用的量測系統為兆赫波時域頻譜儀（THz-TDS）。系 統使用砷化鎵光導天線做為兆赫波發射器及偵測器，再利用步進馬達
（Delay Stage）延遲偵測光的光程，將兆赫波在時域下的波形描繪出來。
2-3-1 兆赫波產生及偵測原理
實驗所使用的兆赫產生與偵測器皆為製作於矽基板上低溫成長一層 砷化鎵（LT-GaAs）之光導天線，光導天線是由 Ni／Ge／Au 合金所組 成的導線，其形式為 Grischkowsky 形式之光導偶極天線[34]，如圖 2-3.1。
天線產生兆赫波脈衝的方式是利用波長 820 nm，脈衝時間為 60 fs，重複 率為 90 MHz 的超快雷射，激發砷化鎵中的載子由價帶到導帶[39][40]，
能帶結構如圖 2-3.2。透過外加的 1 KHz、5 VPP方波偏壓訊號，載子加 速輻射出電磁波，此電磁波即為兆赫波。
在偵測器的部分，其天線結構與發射器完全相同。仍需要超快雷射 激發載子，但不需要外加偏壓。當兆赫波打入天線時提供一個很大的順 變電場，驅動載子在天線間隙中流動，可藉由鎖相放大器來收集電流訊 號，電流訊號大小與兆赫波的電場大小有關。若要得到完整的兆赫波脈 衝圖形，可藉由延遲偵測光的光程來得到整個時域訊號。量測得到的兆 赫波訊號的值是相對的，值的正負號代表電場的方向。
2-3-2 兆赫波量測系統架構
系統架構圖如圖 2-3.3。將波長 820 nm，脈衝時間為 60 fs，重複率 為 90 MHz 的超快雷射導入 THz-TDS 系統中，利用分光鏡（Beam Splitter）
將雷射光分成兩道，一道以功率 35 mW 垂直入射至激發天線；另一道以 功率 30 mW 垂直入射至偵測天線。在天線之前放一個無色散之聚焦物鏡，
讓雷射光可以準確打在天線的間隙上；天線背後貼上矽半球，使激發出 來的兆赫波從砷化鎵射出至空氣中的折射角減小，增加兆赫波的收集率。
輻射出來的兆赫波入射到拋物面鏡後，形成一道平行光。激發天線出來 的兆赫波，其線偏振方向為水平天線的間隙方向（圖 2-3.1 其兆赫波的 偏振方向為水平偏振）。相對的在擺放偵測天線時，也必頇配合發射天線 的方向，才能偵測到兆赫波。
量測時，會將樣品放置於兩個拋物面鏡之間來做測量，並於入射兆 赫波的樣品面放置光圈，調節光圈大小，確保兆赫波不會因經過樣品測 量區域外影響量測結果。由於本兆赫波系統的天線間隙方向是平行於光
量測時，會將樣品放置於兩個拋物面鏡之間來做測量，並於入射兆 赫波的樣品面放置光圈，調節光圈大小，確保兆赫波不會因經過樣品測 量區域外影響量測結果。由於本兆赫波系統的天線間隙方向是平行於光