本論文是利用laser diode , lens , grating , mirror 等元件架設外腔系統量測液晶膜厚度與其特性，該法不但有別於過去傳統的量測方法，在縱向解析度上有良好的準確性，縱向解析度可達0.3μm，同時開發出高的橫向解析度。

在量測系統之部分，透過外腔半導體雷射之腔長與輸出波長的關係，開發出高橫向解析度精密液晶之系統量測，其橫向解析度可達40μm。此外，透過此系統也可以在液晶上加入偏壓，研究液晶偏壓所導致電極之電場分佈對液晶指向的變化。

This thesis use laser diode, lens, grating, and mirrors to composite the external cavity system to retrieve the thickness of the liquid crystal and its characteristics. This way is different to the traditional way of measure. It has good accuracy on the vertical resolution and the vertical resolution can reach to 0.3μm. At the same time, it can develop the high quality of horizontal resolution.
On the basis of the correlation between the cavity length and the wavelength of the semiconductor laser, the system is capable of developing high horizontal resolution of accurate liquid crystal measurements. The horizontal resolution can reach to 40μm. Furthermore, by adding bias on liquid crystal through this system, it expanded more understandings on the influences of bias and induced electric field of the electrodes to the tilting angle of the liquid crystal.

目錄
中文摘要……………………………………………………………… i
英文摘要……………………………………………………………… ii
誌謝…………………………………………………………………… iii
目錄…………………………………………………………………… iv
圖表目錄……………………………………………………………… vi

第一章 序論
1-1 前言………………………………………………………1
1-2 動機及目的………………………………………………2
1-3 論文架構…………………………………………………4

第二章 外腔半導體雷射液晶量測系統
2-1 外腔半導體雷射的介紹…………………………………5
2-1.1 半導體雷射………………………………………7
2-1.2 波長可調外腔半導體雷射………………………10
2-2 外腔系統之特性與原理…………………………………16
2-2.1 波長連續可調外腔半導體雷射原理……………16
2-2.2 外腔半導體雷射模態躍遷現象…………………22
2-3 液晶光學基本簡介………………………………………26
2-4 液晶盒厚度量測…………………………………………27
2-4.1 多波長干涉法……………………………………28
2-4.2 單波長旋轉干涉法………………………………30
2-4.3 相位延遲法………………………………………32

第三章 系統架設與測試
3-1 外腔系統架設與特性……………………………………33
3-2 系統之穩定性測試與操作條件…………………………43
3-3 橫向解析度之提升與系統架設…………………………48
3-4 載玻片測試實驗…………………………………………54

第四章 液晶盒特性量測
4-1 液晶盒膜厚量測…………………………………………59
4-2 液晶盒均勻性之量測……………………………………62
4-3 加偏壓下液晶導軸之變化………………………………71

第五章 總結與未來工作…………………………………………90
參考文獻 ………………………………………………………………92
圖表目錄
表 2-1.1 雷射種類分類表 5
表 2-1.2 各類波長可調的雷射比較 11
表 2-1.3 半導體雷射單色光可調產生方式比較 12圖 2-1.1 (a) Littrow 外腔結構 13
圖 2-1.1 (b) Littman-Metcalf 外腔結構 14
表 2-1.4 Littrow和Littman-Metcalf外腔結構特性比較 15
圖 2-2.1 多波長回授外腔結構 17
圖 2-2.2 模態選擇示意圖 20
圖 2-2.3 (a) 調整繞射光柵-模態選擇示意圖 23
圖 2-2.3 (b) 改變共振腔長-模態選擇示意圖 24
圖 2-2.3 (c) 同步調整腔長與繞射光柵-模態選擇示意圖 24
圖 2-4.1 多波長干涉法架構 28
圖 2-4.2 布拉格干涉 28
圖 2-4.3 單波長旋轉干涉法架構 30
圖 2-4.4 相位延遲法架構 32
圖 3-1.1 雷射二極體規格設計圖 34
圖 3-1.2 LD mount 設計圖 34
表 3-1.1 雷射二極體規格表 (Blue Sky 提供) 35
圖 3-1.3 電流驅動電路 35
圖 3-1.4 (a) Without Input下-電流源測試 36
圖 3-1.4 (b) 操作70mA下-電流源測試 36
圖 3-1.5 光柵繞射效率圖 37
圖 3-1.6 Littman 實驗外腔架構 37
圖 3-1.7 L-I curve 38
圖 3-1.8 42.5mA 25℃ 下波長可調範圍 39
圖 3-1.9 45mA 25℃ 下波長可調範圍 40
圖 3-1.10 55mA 25℃ 下波長可調範圍 40
圖 3-1.11 65mA 25℃ 下波長可調範圍 41
圖 3-1.12 45mA 20℃ 下波長可調範圍 41
圖 3-1.13 55mA 20℃ 下波長可調範圍 42
圖 3-1.14 65mA 20℃ 下波長可調範圍 42
圖 3-2.1 改變腔長120公分之系統穩定性 44
圖 3-2.2 改變腔長90公分之系統穩定性 44
圖 3-2.3 改變腔長75公分之系統穩定性 45
圖 3-2.4 設定溫度19℃之系統穩定性 45
圖 3-2.5 設定溫度20℃之系統穩定性 46
圖 3-2.6 設定溫度21℃之系統穩定性 46
圖 3-3.1 加入透鏡組後外腔架構圖 48
圖 3-3.2 高斯光束強度分布 50
圖 3-3.3 高斯光束示意圖 50
圖 3-3.4 加入透鏡組後之系統穩定性 51
圖 3-3.5 加入AR coating透鏡組後之系統穩定性 52
圖 3-3.6 加入AR coating透鏡組後L-I curve圖 53
圖 3-4.1 載玻片厚度量測 55
圖 3-4.2 載玻片厚度均勻性量測(行一) 56
圖 3-4.3 載玻片厚度均勻性量測(行二) 57
圖 3-4.4 載玻片厚度均勻性量測(行三) 57
圖 3-4.5 載玻片厚度均勻性量測(一平面) 58
圖 3-4.6 載玻片均勻性3D圖 58
圖 4-1.1 加入液晶盒後穩定性測試 59
圖 4-1.2 液晶膜厚度量測 61
圖 4-2.1 液晶盒膜厚均勻性量測(行一) 62
圖 4-2.2 液晶盒均勻性量測(行一) 63
圖 4-2.3 液晶盒與載玻片均勻性比較 64
圖 4-2.4 液晶盒膜厚均勻性量測(行二) 65
圖 4-2.5 液晶盒膜厚均勻性量測(行三) 65
圖 4-2.6 液晶盒一平面之膜厚均勻性量測 66
圖 4-2.7 液晶盒一平面均勻性量測 66
圖 4-2.8 液晶盒一平面之均勻性3D圖 67
圖 4-2.9 來回掃描液晶盒均勻性(行一) 68
圖 4-2.10 來回掃描液晶盒均勻性(行二) 68
圖 4-2.11 來回掃描液晶盒均勻性(行三) 69
圖 4-2.12 來回掃描液晶盒均勻性示意圖 69
圖 4-2.13 來回掃描液晶盒平面均勻性 70
圖 4-3.1 液晶盒T-V curve 71
圖 4-3.2 單點外加偏壓下腔長對電壓變化情形 72
圖 4-3.3 (a) 不同電壓不同位置腔長飄移(line1) 74
圖 4-3.3 (b) 不同電壓不同位置腔長飄移(line1)-3D圖 74
圖 4-3.4 (a) 不同電壓不同位置腔長飄移(line2) 75
圖 4-3.4 (b) 不同電壓不同位置腔長飄移(line2)-3D圖 75
圖 4-3.5 (a) 不同電壓不同位置腔長飄移(line3) 76
圖 4-3.5 (b) 不同電壓不同位置腔長飄移(line3)-3D圖 76
圖 4-3.6 (a) 不同電壓不同位置腔長飄移(line4) 77
圖 4-3.6 (b) 不同電壓不同位置腔長飄移(line4)-3D圖 77
圖 4-3.7 (a) 不同電壓不同位置腔長飄移(line5) 78
圖 4-3.7 (b) 不同電壓不同位置腔長飄移(line5)-3D圖 78
圖 4-3.8 (a) 不同電壓不同位置腔長飄移(line6) 79
圖 4-3.8 (b) 不同電壓不同位置腔長飄移(line6)-3D圖 79
圖 4-3.9 (a) 不同電壓不同位置腔長飄移(line7) 80
圖 4-3.9 (b) 不同電壓不同位置腔長飄移(line7)-3D圖 80
圖 4-3.10 (a) 不同電壓不同位置腔長飄移(line8) 81
圖 4-3.10 (b) 不同電壓不同位置腔長飄移(line8)-3D圖 81
圖 4-3.11 (a) 不同電壓不同位置腔長飄移(line9) 82
圖 4-3.11 (b) 不同電壓不同位置腔長飄移(line9)-3D圖 82
圖 4-3.12 (a) 不同電壓不同位置腔長飄移(line10) 83
圖 4-3.12 (b) 不同電壓不同位置腔長飄移(line10)-3D圖 83
圖 4-3.13 (a) 不同位置腔長飄移(0.9v下) 84
圖 4-3.13 (b) 不同位置腔長飄移(0.9v下)-3D圖 84
圖 4-3.14 (a) 不同位置腔長飄移(1.2v下) 85
圖 4-3.14 (b) 不同位置腔長飄移(1.2v下)-3D圖 85
圖 4-3.15 (a) 不同位置腔長飄移(1.5v下) 86
圖 4-3.15 (b) 不同位置腔長飄移(1.5v下)-3D圖 86
圖 4-3.16 (a) 不同位置腔長飄移(2v下) 87
圖 4-3.16 (b) 不同位置腔長飄移(2v下)-3D圖 87
圖 4-3.17 (a) 不同位置腔長飄移(2.5v下) 88
圖 4-3.17 (b) 不同位置腔長飄移(2.5v下)-3D圖 88
圖 4-3.18 不同電壓各條線上平均厚度變化 89

參考文獻
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