電信工程研究所, 國立陽明交通大學 (2008.08~ 至今)
國家中山科學研究院
2018.03~2019.04
電信工程研究所, 國立交通大學(2013~ 2015)
電信工程學系, 國立交通大學(2005.08~ 2008.07)
電信工程學系, 國立交通大學(2004.08~ 2005.07)
2014 CST大學論文獎, “High-Isolation X-band Marine Radar Antenna Design”, Fang-Yao Kuo, and R.-B. Hwang , IEEE Transactions on Antennas and Propagation; Volume: 62, Issue: 5, May 2014, pp 2331 – 2337 (National Chiao-Tung University, Taiwan)
黃瑞彬著作論文“A theoretical design of evanescent wave biosensors based on gate-controlled graphene surface plasmon resonance” 被收集在 “Top 100 in Physics”, Scientific Reports (2021).
Periodic Structures: Mode-Matching Approach and Applications in Electromagnetic Engineering
R.-B. (Raybeam) Hwang
在《Periodic Structures》中,黃教授讓讀者全面了解由週期結構構成的超材料的底層物理原理,為分析其電磁特性提供了嚴格而堅實的數學框架。 本書介紹了使用模式匹配方法的周期結構的散射和引導特性及其在電磁工程中的應用。
● 提供一種分析方法來描述光子晶體和相關週期結構中的波傳播現象
● 涵蓋週期性環境中的導模和漏模傳播,從基礎知識到實際設備應用
● 展示週期系統的公式及其在實際電磁/光學元件,甚至人造電介質中的應用
● 介紹週期結構的演化及其在微波、毫米波和太赫茲的應用。
● 由電磁學和光學領域極具影響力的作者撰寫
● 包含可直接應用於 MATLAB 程式的數學推導
本書主要針對電子工程、光學、物理學和應用物理學領域的研究生或研究週期性結構的研究人員。 對超材料基礎物理感興趣的電子工程、光學、應用物理、應用數學和材料科學專業的高年級本科生也會對本文感興趣。
黃教授在探索超材料和光子晶體(均由週期性結構組成)涉及的波過程物理學方面做出了重要貢獻。 他對 1D、2D 和 3D 週期結構中電磁波的引導和散射特性進行了深入而廣泛的研究,從而闡明了特殊現象,例如傾斜阻帶中的複雜模式、負群速度的特性以及光子晶體波導的漏波特性,所有這些都經過黃教授的仔細計算和系統討論。 相關出版物在精選出版物中從[1]到[3]列出。 此外,他對由各向同性和各向異性組成的二維週期性阻抗表面的散射特性的理論研究已成功進行並應用於超表面和平面吸波器的設計[4, 5]。
此外,[6] 是第一份採用嚴格的模式匹配方法來解決基於二維石墨烯的光柵的散射特性的研究。 考慮石墨烯張量電導率的一般模型(由於靜磁場偏壓或空間色散),推導出單石墨烯光柵的輸入輸出關係; 因此,可以透過使用積木式方法來獲得由多個平面2D石墨烯光柵組成的整體結構的散射特性。
近年來致力於石墨烯帶陣列超表面的研究。 僅舉幾例:開發了基於結合邊緣條件的局部基底函數的改進傅立葉模態方法,以大幅提高石墨烯條陣列散射分析中的數值收斂性[7]。 具體來說,開發了一種基於閘控週期性石墨烯帶陣列的表面等離子共振(SPR)感測器[8]。 與監測反射率隨入射角或波長變化的傳統方法不同,此方法在固定入射角和波長下測量 SPR 曲線隨石墨烯化學勢變化(透過動態調整閘極電壓)的變化,而無需旋轉鏡、可調諧濾波器或光譜儀來進行角度或波長偵測。
[1] Ruey Bing Hwang, "Relations between the reflectance and band structure of 2-D metallodielectric electromagnetic crystals," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 52, no. 6, pp. 1454-1464, June 2004 (Link)
[2] Ruey Bing Hwang, "Negative group velocity and anomalous transmission in a one-dimensionally periodic waveguide," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 54, no. 2, pp. 755-760, Feb. 2006 (Link)
[3] R. Hwang, "Surface waves and volume wavesin a photonic crystal slab", Optics Express, vol. 15, no. 13, pp. 7913-7921, Jun. 2007 (Link)
[4] Binary meta-hologram for a reconfigurable holographic metamate- rial antenna, R.-B. Hwang , Scientific Reports, 2020 (Link)
[5] Ruey Bing Hwang, "Scattering characteristics of two-dimensionally periodic impedance surface," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 48, no. 10, pp. 1521-1527, Oct. 2000 (Link)
[6] R.-B. Hwang, "Rigorous formulation of the scattering of plane waves by 2-D Graphene-based gratings: Out-of-plane incidence," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 62, no. 9, pp. 4736-4745, Sept. 2014 (Link)
[7] Highly improved convergence approach incorporating edge condi- tions for scattering analysis of graphene gratings, R.-B. Hwang , Scientific Reports, 2020 (Link)
[8] A theoretical design of evanescent wave biosensors based on gate- controlled graphene surface plasmon resonance, R.-B. Hwang , Scientific Reports, 2021 (Link)
基於門控石墨烯表面等離子體共振的倏逝波生物感測器的理論設計
本研究提出了基於閘控週期性石墨烯帶陣列的表面等離子體共振(SPR)感測器的理論設計和電磁全波數值驗證,如圖1(a)和(b)所示。
與監測反射率隨入射角或波長變化的傳統方法不同,此方法測量固定入射角和波長下表面等離子體共振(SPR)曲線相對於石墨烯化學勢變化的變化(透過動態調諧實現)閘極電壓)如圖2和圖3所示,消除了對旋轉鏡、可調諧濾波器或用於角度或波長詢問的光譜儀的需求。
有趣的是,這種非金屬生物感測器可以檢測建模為離散感測介質週期性陣列(例如活病毒)的分析物的重新分佈(橫向移動)。
理論計算表明,分析物折射率 (RI) 等於 1.33、1.34、1.35 和 1.36 的靈敏度分別為 36,401.1 mV/RIU、40,676.5 mV/RIU、40,918.2 mV/RIU 和 41,160 mV/RIU、40,918.2 mV/RIU 和 41,160 mV/RI RIU) 分別為21.84、24、23.74 和23.69。
左圖展示了用於電磁全波模擬的生物感測器的二維結構。 此模擬涉及 TM 偏振平面波,該平面波從緻密介質(即基底)傾斜入射到密度較小的介質(切片)以產生倏逝波。 待偵測的感測介質位於石墨烯帶陣列上方。
右圖描繪了反射率與化學勢的關係圖。 從左到右的曲線代表各種分析物折射率範圍為 1.33 至 1.34 的反射率,步長為 ΔnA = 0.001。 如圖所示,SPR 曲線的移動足夠清晰,足以觀察折射率的變化。
黃教授在探索超材料和光子晶體(均由週期性結構組成)涉及的波過程物理學方面做出了重要貢獻。 他對 1D、2D 和 3D 週期結構中電磁波的引導和散射特性進行了深入而廣泛的研究,從而闡明了特殊現象,例如傾斜阻帶中的複雜模式、負群速度的特性以及光子晶體波導的漏波特性,所有這些都經過黃教授的仔細計算和系統討論。 相關出版物在精選出版物中從[1]到[3]列出。 此外,他對由各向同性和各向異性組成的二維週期性阻抗表面的散射特性的理論研究已成功進行並應用於超表面和平面吸波器的設計[4, 5]。
此外,[6] 是第一份採用嚴格的模式匹配方法來解決基於二維石墨烯的光柵的散射特性的研究。 根據石墨烯張量電導率的一般模型(由於靜磁場偏壓或空間色散),推導出單石墨烯光柵的輸入輸出關係; 因此,可以透過使用積木式方法來獲得由多個平面2D石墨烯光柵組成的整體結構的散射特性。
近年來致力於石墨烯帶陣列超表面的研究。 僅舉幾例:開發了基於結合邊緣條件的局部基底函數的改進傅立葉模態方法,以大幅提高石墨烯條陣列散射分析中的數值收斂性[7]。 具體來說,開發了一種基於閘控週期性石墨烯帶陣列的表面等離子共振(SPR)感測器[8]。 與監測反射率隨入射角或波長變化的傳統方法不同,此方法在固定入射角和波長下測量 SPR 曲線隨石墨烯化學勢變化(透過動態調整閘極電壓)的變化,而無需測量。需要旋轉鏡、可調諧濾波器或光譜儀來進行角度或波長詢問。
[1] Ruey Bing Hwang, "Relations between the reflectance and band structure of 2-D metallodielectric electromagnetic crystals," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 52, no. 6, pp. 1454-1464, June 2004 (Link)
[2] Ruey Bing Hwang, "Negative group velocity and anomalous transmission in a one-dimensionally periodic waveguide," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 54, no. 2, pp. 755-760, Feb. 2006 (Link)
[3] R. Hwang, "Surface waves and volume wavesin a photonic crystal slab", Optics Express, vol. 15, no. 13, pp. 7913-7921, Jun. 2007 (Link)
[4] Binary meta-hologram for a reconfigurable holographic metamate- rial antenna, R.-B. Hwang , Scientific Reports, 2020 (Link)
[5] Ruey Bing Hwang, "Scattering characteristics of two-dimensionally periodic impedance surface," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 48, no. 10, pp. 1521-1527, Oct. 2000 (Link)
[6] R.-B. Hwang, "Rigorous formulation of the scattering of plane waves by 2-D Graphene-based gratings: Out-of-plane incidence," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 62, no. 9, pp. 4736-4745, Sept. 2014 (Link)
[7] Highly improved convergence approach incorporating edge condi- tions for scattering analysis of graphene gratings, R.-B. Hwang , Scientific Reports, 2020 (Link)
[8] A theoretical design of evanescent wave biosensors based on gate- controlled graphene surface plasmon resonance, R.-B. Hwang , Scientific Reports, 2021 (Link)