石英基板製作成溝槽結構，是利用表面配向使液晶沒有外加場 的情況在溝槽內可整齊排列，未加電壓時水平偏振兆赫波正向入射 於溝槽結構的液晶相位光柵元件，兆赫波通過液晶分子的區域之折 射率為no(1.586)、通過石英玻璃區域為折射率ng(1.95)。隨著外加電 壓的增加，驅動液晶分子，使液晶折射係數會由原先的折射率no慢 慢轉成neff，最後折射率全部轉為ne(1.715)；另一區域則固定為石英 玻璃的折射率ng，表示相鄰區域之Δn隨著電壓增加而變小。我們THz
系統0.3 THz有較強的訊號，因此我們設計液晶相位光柵之週期 2.0 mm，寬度為 1.0 mm，深度為 2.5 mm。如此設計對 0.3 THz，液晶 區域與石英玻璃之間的相位差，可在π與 2π之間轉換。
外加電壓之大小須大於液晶在液晶樣品內所需臨界電壓，如式 (2-3-11)：
V L
d
K
c
a
=π×
ε ε03
式中，d為液晶相位光柵的厚度，與L(=1.0 mm)為兩電極之間 距相同，K3(=6.0×10-12 N)為液晶的彈性係數，εa為介電異方係數。
得知臨界電壓為V ，量測 0-th order不同電壓下，繞射頻率 與穿透率關係，如圖4-3 所示。圖中顯示出隨著電壓的改變，穿透 率沒有任何的調變效果。
c = 116. ( )V
我們也試著古典繞射理論來分析上述實驗的情形，理論預測相 位光柵頻域上穿透訊號調變效果，如圖4-4 所示。古典繞射理論發 現改變液晶的折射係數(ne、no)，頻譜上的穿透率會有明顯地調變。
在實驗上，我們嘗試增大外加電壓，發現外加電壓大於15Vrms，液 晶排列會開始改變。推測其可能的原因，在配向時，液晶層四面邊 界都經過配向處理，與傳統液晶樣品只有做兩面表面處理，以至於 需要更大的電壓才可以改變液晶排列方向。
實驗中改變外加電壓，在 THz-TDS 系統下，量測液晶相位光
柵對兆赫波時域訊號調變之結果，如圖 4-5。我們將與石英基板堆 疊的參考樣品相比較，明顯地觀察到兆赫波通過液晶相位光柵，脈 衝將會有所改變。
經過傅立葉轉換，我們可以得到此液晶相位光柵在零階繞射，
不同外加電壓下，頻譜上繞射強度的變化，如圖 4-6 所示。我們也 將與石英玻璃基板堆疊參考樣品與石英塊材做參考樣品比較，如圖 4-7 所示。圖中都顯示出實驗所得到的穿透率變化和理論分析的趨 勢相同，以石英玻璃基板堆疊參考樣品，根據我們的樣品設計，當 外加電壓為0V時，液晶折射率為no時，對於0.3 THz，相鄰兩區域 之相位差 2π。此時零階的繞射效率較大，其繞射強度為 0.939；當 外加電壓為90V時，液晶折射率為ne時，對於0.3 THz，相鄰兩區域 之相位差π。此時零階的繞射效率較小，其繞射強度為 0.113。與理 論相比較發現，在0.3~0.4 THz，液晶折射率接近no時，實驗上所得 的繞射強度比理論值大。其可能的原因，在理論計算上，可能未考 慮ITO的效應。
為了探討ITO 膜的影響，我們將鍍有 ITO 石英玻璃堆疊的參考 樣品與相同大小的石英塊材做比較。兆赫波經過參考樣品與石英塊 材頻譜上的穿透率，如圖4-8 所示。我們發現通過石英塊材的兆赫 波訊號，在0.3~0.4 THz 會有較強的穿透訊號，但經過鍍有 ITO 膜
的參考樣品，在0.3~0.4 THz 的穿透訊號會明顯變小。因此，液晶 相位光柵對參考樣品作歸一化後，穿透率在0.3~0.4 THz 會較理論 值大，甚至有大於1 的情況。