第四十三期 2009年6月刊
 
 
 
发行人:黄升龙所长  编辑委员:蔡睿哲教授  主编:林筱文  发行日期:2009.06.10
 
 
  2009第一届微结构摄影竞赛开跑啰!

光电所第一届微结构摄影竞赛开跑啰!透过本次竞赛,希望大家能尽情发挥想象力,从不同的取景角度去观察、感受微结构之美,并透过成像技术为光电科技留下令人惊艳的影像记录!报名投稿日期自2009年6月1日起至7月15日止,欢迎有兴趣参与之师长同学立即参阅活动网址:http://gipo.ntu.edu.tw/submit/photograph

  光电所2009年暑期大学生光电营即日起接受报名~

光电所第三届暑期大学生光电营即将在今年暑假热烈展开!经由精彩的讲演及深度的参观等活动,揭开光电世界的神秘面纱,让同学们更了解台湾光电产业丰富热闹的多元样貌。想了解当中更多精彩内在,就待您亲自前来挖宝体验!光电营招生对象为理、工、电资学院二升三及三升四年级同学,名额仅限40名,活动全程免费,并提供讲义点,敬请把握机会报名!欢迎有兴趣参与之同学详阅光电所首页活动说明:http://gipo.ntu.edu.tw

 

 
 
5月份「光电论坛」演讲花絮
时间: 2009年5月1日(星期五)下午2点30分
讲者: Prof. Gavin Conibeer (University of New South Wales, Australia)
讲题: Third Generation Photovoltaics
 

Prof. Gavin Conibeer于2009年5月1日(星期五)莅临本所访问,并于电机二馆105室发表演说,讲题为「Third Generation Photovoltaics」,本所教师及学生皆热烈参与演讲活动,获益良多。

会议名称: 显示照明太阳能光电研讨会(Workshop on Display, Lighting, and Solar Cell Optoelectronics Technologies)
时间: 2009年5月8日(星期五)上午10点 ~ 下午5点50分
讲者: 孙健仁副组长(工研院电光所)、黄建璋教授(台湾大学光电所)、苏国栋教授(台湾大学光电所)、林晃岩教授(台湾大学光电所)、林清富教授(台湾大学光电所)、蓝崇文主任(工研院太电中心)
主持人: 杨志忠教授、张宏钧教授、黄建璋教授、彭隆瀚教授
出席人数: 校外人士95人、光电所学生60人
地点: 台湾大学博理馆101演讲厅
 

由本所杨志忠教授策划举办之「显示照明太阳能光电研讨会(Workshop on Display, Lighting, and Solar Cell Optoelectronics Technologies)」于5月8日假博理馆101演讲厅举行,此会议特别邀请工研院太电中心的蓝崇文主任以及工研院电光所的孙健仁副组长莅临,此外尚有本所四位教授(林清富教授、林晃岩教授、苏国栋教授、黄建璋教授)共同参与,而各界报名参加的人士亦相当踊跃,与会者除本所同学及教师之外,还包括产业界主管及研发人员、各校教师、硕博班研究生,与研究单位人士等。这次会议不仅让本所教师、同学对此领域的现况有进一步了解,同时也更能掌握未来发展的方向。

 

 
 

~ 李远哲院士(前中央研究院院长)来访座谈及演讲  花絮报导 ~

( 时间:2009515日;地点:台湾大学博理馆7F会议室及101演讲厅 )

本所于去年9月专访诺贝尔化学奖得主、前中研院院长李远哲院士时,为了让更多光电所的同学也能有机会近距离与李院士接触,特别邀请李院士拨冗前来本所光电论坛发表演说,与同学们分享他的研究心得,当场也得到李院士的爽快首肯。在确认李院士的行程后,最终敲定于今年5月15日邀请李院士来访光电所。

由于李院士抽空来访的机会难得,在演讲之前,我们先安排在中午的用餐时间,让本所教授与李院士在博理馆七楼会议室进行一场轻松的座谈。当天中午本所教授们出席踊跃,共有16位教师参与本次座谈;我们也邀请了电机信息学院的贝苏章院长莅临致词,为座谈揭开序幕。在座谈会中,老师们提出了各式各样的问题,请李院士分享他个人的经验,举凡专注研究与考虑升等之间的两难、研究与家庭难以兼顾的困扰等话题,李院士都能侃侃而谈,分享他的想法与阅历,提供在场教授们参考。一小时半的座谈会就在和谐愉快的气氛下很快地接近尾声,主客之间似乎都颇有意犹未尽之感。

本所教师与李远哲院士于座谈会后合影

下午2时30分的光电论坛,假博理馆101演讲厅举行;此次演讲吸引许多本院师生参与,开场前半小时很快便座无虚席。李院士本次演讲主题为「我的研究生涯」,在本所黄升龙所长简短致词之后,李院士就与在场师生们畅谈他数十年研究生涯的点滴与心得。从大四写作毕业论文为起点,李院士凭借着一股燃烧至今的求知欲望,在求学过程中学习着如何解决问题、如何找到自己的方向,一步步地走向研究生涯的高峰。在诺贝尔化学奖的殊荣之外,让李院士更觉雀跃的,其实是研究走在世界前端的满足感。演讲内容告一段落后,针对听众们五花八门的提问,李院士跟在场老师们分享了如何培养学生的心得,也勉励在场同学,除了热忱的探究心、好奇心,及长时间的专注之外,对很多事抱持着「应该有更好的办法」的质疑,对个人在科学研究上的进展,会有相当大的帮助。

二小时的演讲最后在热烈的掌声中落幕了。藉由此次李院士百忙之中来访本所的难得机会,我们听到了李院士在研究方面的投入,也感受到了李院士在科学研究以外事务多面向的关注,相信在场的每个人,都从中得到了相当多的激荡,对自己的现况,也能提供不一样的省思与启发。

李远哲院士于本所光电论坛畅谈研究生涯点滴

【~李远哲院士光电论坛演讲录像,近期内将于光电所网页在线讲坛精彩重现,敬请期待~

【~2008年9月11日李远哲院士专访,详见2009年3月4月5月光电所所讯 ~

 

 

~ 与韩国首尔国立大学(Seoul National University)博士生交流活动 2008  系列报导 ~

The 3rd National Taiwan University-Seoul National University Student Workshop 2008

on Photonic Materials and Devices

(时间:2008年12月14日至12月19日;地点:韩国首尔国立大学

【之九】

撰文:光电所博士班学生林政宏

随着一次又一次的行前会议结束,出访首尔国立大学的脚步也就越加接近。回想起行前会议中的种种叮咛,譬如韩国人吃饭喝酒的礼节、对长辈平辈的礼仪规范…等等,出发之前心里透着些许紧张与不安。直到到达韩国仁川机场后,见到对方代表热情地前来接机,加上接下来四天行程的接触与认识,才发现之前都多虑了!其实韩国人是很随和好客的,跟大多数东方民族一样比较害羞,开始接触时,总会有一段尴尬时期,但较为熟识后大家也就热络了起来,从学业、运动到经济情势乃至于日常生活都能聊得尽兴。四天的行程很快就到了尾声,离开首尔大学前,韩国方面的成员在早晨极低温的气候下一个个赶来,在我们前往仁川机场的巴士旁跟我们挥手道别。这时我的心情是喜悦感动的,因为远在韩国还有一群这样善良的朋友。我感觉非常幸运能参加此交流活动,不仅仅是认识了韩国的研究生,透过了解他们的生活文化历史背景,增进我的视野与经历,也了解到为何韩国的竞争力能够在这十年间变得不同凡响,更重要的是我也与分散在各实验室的台大光电所同学有了新的联结,很高兴能认识与我同行的九位优秀伙伴。

 扣除前后两天的飞行,韩国首尔之行包含了两天的研讨会议与各一天的首尔市景点导览与国家重要实验基地参访。参观了之后不免拿来与台湾作比较,以首尔大学校园为例,就景色而言我个人觉得是各有所长,与台大精致校景不同,首尔大学依山而建,建筑群散落各处与大自然美景融为一体,小山流水到处可见,面积广大也因此有校内公交车穿梭其间;或许是因为建筑物之间太过遥远,总觉得首尔大学的整合型研究中心做得相当不错,譬如我们参访校内的ISRC (Inter-university semiconductor research center)中心,无尘室面积广大、机台种类及位置规划配置得当、垂直整合相当良好,加上挑高的无尘室排风设计等等,都是台大可以参考的范例。值得一提的是各机台还有专属的技术人员负责维持机台维修保养,简直就可以比拟台湾的国家实验室等级。其实他们的设备等级或种类,我相信与台大相去不远,但是他们有效地整合在共同实验室中,避免了制作组件时得将样品拿到不同无尘室处理的麻烦与被污染风险,同时机台有专门保养技师,免除了机台使用上容易因为小毛病未修而造成最终须汰换的问题。这点执行上有一定的难度,但相信台大应该有非常多空间可以进步。

 前两天的研讨会,双方研究生分别发表25分钟的口头报告,内容包含介绍各自所属实验室研究方向与个人研究成果,依主题分为以下部分: Optical characterization and modeling、Wide band-gap semiconductors、OLED、Infrared optoelectronics、Photonic devices。由于大多数人是第一次发表如此长的英文口头报告,因此大家都以紧张、谨慎的态度准备并完成此次的演讲。其中Wide band-gap semiconductors部分,首尔大学方面与我们做的研究大方向上都蛮类似的,包含了In-rich InGaN成长、在GaN基板上成长GaN、或是以特殊方式成长以提高p-GaN晶体质量。由于性质非常近似,因此除了相互竞赛之外,应该也可以思考以合作方式来提高研发能量。譬如双方可以在In-rich InGaN成长领域共同研制多波长混光成白光发光二极管或者是InGaN based solar cell。透过彼此技术的交流,应能使双方在研究上有所突破,激荡出更好的成果。

为了准备本次交流活动,大家的心情都是兢兢业业、紧张且兴奋,而结果也是非常丰硕。在四天语言沟通、学术思考、文化风俗的冲击下,相信大家都以满载而归的心情回国,也增广了我们研究生的国际观。这个活动能够顺利完成必须得感谢同行三位教授:黄升龙所长、林恭如副所长、苏国栋老师的指导,及光电所办公室林筱文小姐在事前帮我们做的完善准备,当然还有辛苦的学生队长柯闵咏跟首尔大学代表交涉协商细节,才能使此交流活动圆满落幕。总之,非常推荐此类的活动能够继续举办下去,以嘉惠所上其它的学生。

 

之十

撰文:光电所博士班学生陈重嘉

与韩国首尔国立大学博士生交流活动,到今年已是第三度举办,第二届时实验室学长曾参加过,也和我们分享过许多经验和心得,这次很高兴能有机会参加第三届的活动,也是有生以来首次踏上韩国的土地,亲眼见识到许多和台湾相同,或者不同的文化和特色,再加上两天充实的研讨会议程以及令人大开眼界的实验室参观,这次的韩国之行,对我来说确实称得上是满载而归。

 这次活动主要范围都在首尔大学校内,首尔大学在南韩的学术地位近似于台大,但从这几天的活动当中可以发现,首尔大学之于南韩人的印象或许要比起台湾大学在一般台湾民众中的观感更为崇高,或许这和南韩仍保持着尊师重道的传统有关。

 由于出发前黄所长曾指示各个同学针对南韩的不同面向做深入浅出的报告,而我恰好负责的便是南韩几所著名的大学介绍,所以在出发前对首尔大学已有一定的了解,但真正到达之后,还是对于首尔大学校地之寛广以及建筑设备之新颖感到惊奇,校内有多路公交车穿梭,甚至有连接到校外一般路线的公交车。在台大我们多半以步行或以脚踏车的方式代步,但在首尔大学内,不乘坐公交车恐怕很难在建筑物之间移动。

 这次的研讨会参加的学生主要是以Euijoon Yoon教授的学生为主,另外也有几名是来自首尔大学其它实验室的学生。Yoon教授的实验室研究主题主要是以3-5族化合物为主,虽然报告的内容也颇为有趣,但对于不是专精于此的我听起来不免有些隔靴搔痒之憾。

 其中有一名Jang-Joo Kim教授的学生参加此次研讨会,金教授是以研究有机半导体著称,正好和我们实验室研究的方向相近,在参加这次研讨会前就拜读过这位教授所发表过的一些文章,所以很高兴金教授有参加这次的研讨会,不过略为可惜的是,金教授因为事务繁忙的关系,研讨会的期间几乎不在会场,也因此失去了和金教授讨论和提问的机会,但最后的晚宴时还是有跟金教授见到面,或许下次再有机会的话可以作更深入的讨论。

 金教授的学生报告的主题是关于上发光式(Top-emitting) OLED的研究,这也是我们实验室有兴趣的主题,在晚宴时金教授也曾提及我的指导教授-吴忠帜教授,或许在未来,有机会的话我们也可以和金教授的研究团队,跨国台韩一起合作对OLED的研究作出更深入的探讨。

 以目前OLED的研究看来,欧洲、美国、日本和韩国都有庞大的资金及长远计划投入于OLED当中,着眼的就是OLED可以作为下一世代显示及照明设备的可能性,台湾的研究能量主要集中在学界,业界的能量在这几年商业规模无法推广成功之下,许多公司都结束了OLED的研究部门,这相对于世界其它国家都有企业大力投入的情况相比,不得不说是比较吃亏的。也正因为如此,我认为多和国外的研究学者互相交流,对我们自己,或是对整体OLED界的发展都是有帮助的,现在OLED仍然需要更好的材料及结构设计,需要集合众人之智能和力量来让OLED的远景成真,可以的话,我希望能和各国出色的研究团队作更多的交流和合作,当然,南韩第一学府首尔大学的金教授也是一个很值得我们取经的对象。

 最后是关于这一个活动的感想,我认为这种类型的活动是非常有价值,不仅开拓了我们的国际观,同时也让外国的朋友认识我们,不仅是我们走了出去,事实上也让外国的人走进了台湾。距离总是会产生误会,只有亲自体验才能真正了解,在这个越来越国际化的时代,任何一个人都不可能自外于整体世界的研究圈,多多认识国外各领域的学者,对未来的发展只有好处没有缺点。很希望这样的活动能继续举办下去,甚至是更扩大举行,让未来的光电所学弟、学妹,也能像这次参与研讨会的我们一样,同时得到学术和文化上的成长。

 

 
 

Broad-band anti-reflection effects in self-assembled, subwavelength size of semiconductor nipple array

Professor Lung-Han Peng's group

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 彭隆瀚教授

We reported the use of recessive size reduction in self-assembled polystyrene sphere mask with anisotropic etching to form lens-like nipple arrays onto the surface of silicon and gallium nitride.  These devices are shown to exhibit a filling factor near to an ideal close-packed condition and paraboloid-like etch profile with slope increased proportionally to the device aspect ratio.  Specular reflectivity less than 3% was observed over the visible spectral range for the 0.35μm-period nipple-lens arrays in Fig.1.  Using two-dimensional rigorous coupled-wave analysis the latter phenomenon can be ascribed to a gradual index matching mechanism accessed by a high surface-coverage semiconductor nipple array structure.

We further compared the weighted surface reflectivity of the following surface textures of (a) paraboloid-like nipple lens, (b) pillar with a cone-shape etch top and (c) pyramidal grating using two-dimensional rigorous coupled-wave analysis (2D-RCWA).  Our calculations show that the use of structure (a) of paraboloid-like nipple lens array renders the lowest reflectivity (<3%) over the 450-700nm spectral range.  The drastic reduction of reflectivity in the 450-900nm spectral range by texture change from pyramid to paraboloid can be ascribed, as referred from the inset of Fig.2, to a linear change in the effective refractive profile and thus a better gradual index matching mechanism provided by the latter.  The oscillatory behavior of reflectivity in the 450-700nm spectral range of the pillar structure (b) reveals subtlety of incomplete destructive interference for lack of continuous change in the effective reflective index.

Fig.1: 0.35μm-period nipple array of (a) Si and (b) GaN showing an aspect ratio of 0.59 and 0.94, (c) Experimental and RCWA-calculated reflectivity spectra for the 0.35μm-period Si nipple array in a near close-packed and non-close-packed condition.

Fig.2: Calculated reflectivity spectra at normal incidence for surface textures composed of (a) paraboloid-like nipple lens, (b) pyramidal grating, and (c) pillar with a cone shape of etch top over Si. Inset: surface profile and effective refractive index profile which are assumed to reside on a square lattice at a periodicity of 0.35μm with a filling ratio~75% and aspect ratio ~0.6.

 

Yb3+:YAG-silica fiber laser

Professor Sheng-Lung Huang's group

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 黄升龙教授

We demonstrate a compact continuous-wave Yb3+:Y3Al5O12–silica (Yb3+:YAG-silica) fiber laser grown by the codrawing laser-heated pedestal growth (CDLHPG) technique. The threshold is 25 mW, which is an order of magnitude lower than that of previous short-length fiber lasers (Yb3+-doped or Er3+/Yb3+-codoped). A slope efficiency of 76.3% was achieved from a 7-mm-short Yb3+:YAG-silica fiber, corresponding to an extracted power of nearly 1 W/cm. Additionally, low propagation loss and high emission cross section have been determined by analyzing the lasing thresholds and slope efficiencies, and there is an excellent agreement between theoretical results and experimental data.

The CDLHPG technique provides a simple yet effective way to incorporate glass network modifiers (Al2O3 and Y2O3) into SiO2 host through interdiffusion process. Further, Cu-Al alloy packaging is employed to efficiently remove the heat generated inside the fiber compared with previous short-length fibers. To the best of our knowledge, this 7-mm-short Yb3+:YAG-silica fiber laser with record-low threshold down to 25 mW and record-high slope efficiency up to 76.3% is the shortest active fiber reported to date for any short-length fiber laser operated at room temperature.

A 68-μm-diameter Yb3+:YAG single crystal fiber was first grown by the LHPG method from a 20-mol.% doped <111> Yb3+:YAG single crystal with a cross section of 500 μm × 500 μm. The as-grown crystal fiber was then inserted into a fused silica capillary with 76 and 320 μm inner and outer diameters, respectively for redrawing with 5-mm/min growth speed by the CDLHPG technique. The silica diffuses completely into the Yb3+:YAG crystal fiber during redrawing to form the core of the Yb3+:YAG-silica fiber. After the CDLHPG process, the as-grown Yb3+:YAG-silica fiber was packaged by melting Al at 780 °C in a Cu holder to make the Cu-Al alloy. Finally, both ends of the Yb3+:YAG-silica fiber packaged by the Cu-Al alloy were fine polished for dielectric coating on the fiber end faces. The fiber compositions and microstructure were examined by an electron probe micro-analyzer and a high-resolution transmission electron microscopy, and the refractive index measurement was carried out by a home-made confocal microscope using a 635-nm distributed feedback laser. For laser characterization, the fiber was excited by a Ti3+:sapphire laser tuned to 915 nm. Four different output coupler transmittances of 0.7, 1.7, 8.9, and 12.5% were used for optimizing the output powers. The pump was first incident into a standard single-mode fiber (SMF-28) by a 10X objective, and was butt-coupled to the core of a 7-mm-long Yb3+:YAG-silica fiber through a dichroic-coated front face. The fiber laser output and the residual pump beam were collimated by an achromatic lens with 10-mm focal length and further filtered by a long-wavelength-pass filter before detection by a photo detector or an optical spectrum analyzer.

The performance of the Yb3+:YAG-silica fiber laser is shown in Fig. 1. The lasing threshold increases from 25 to 140 mW as the output coupler transmittance increases from 0.7% to 12.5%. The maximum output power of 670 mW was achieved with the output coupler transmittance of 12.5% under 1000-mW incident pump power, corresponding to a power yield of ~1 W/cm.

Fig. 1. Performance of the CW Yb3+:YAG-silica fiber laser at room temperature. Inset: the upper one shows the dependence of slope efficiency on the output coupler transmittance; the lower one shows the side mode suppression ratio of ~70 dB at 1-W incident pump power. The gray dashed and red solid lines are the quantum limit and the best fit to obtain the round-trip loss, respectively.

 

 
 

论文题目:光纤传输飞秒脉冲光源及其在工程与生医光电上的应用

姓名:詹明哲   指导教授:孙启光教授

 


摘要

超短脉冲激光在生医影像、基础科学研究、工程等众多领域中,有许许多多不同的应用。而短脉冲激光输出端与众多应用端中间,极需使用简单、可靠之光学传递系统来连结。光纤及其相关组件具有体积小、简单、高弯曲性、便宜、多功用性、高传输频宽以及对电磁噪音高抵抗性的特性,极适合应用在光源输出、传递以及作为应用端光学系统的骨干。然而,当超短脉冲光源在光纤中传递,常常会因为一些线性及非线性光纤光学效应使得光纤输出的脉冲质变差。吾人建立数套光纤输出飞秒激光光源(图一)及其相关应用系统。为了非线性激光显微术及非线性光学内视镜的应用,吾人建立了两套工作在1.2微米波段的光纤输出超短脉冲激光光源,并且随后建立相关的非线性影像系统,具有卓越的表现。在另一方面,利用光纤中的光固子自我频率位移效应,吾人也建立一破世界纪录之光纤输出极宽带可调激光(图二)。此激光输出波长可调范围为1.2微米到2.2微米之间。与现有的光学参数震荡器比较,这个光纤输出极宽带可调激光系统具有非常容易操作、大可调频宽范围、光纤输出并且价格相对便宜的优点,深具未来发展的潜力。此外对于此种光纤输出极宽带可调激光,吾人也提出并展示一种其在射频时间延迟上的新颖应用。

图一

图二

© Photonics Technology Letters (PTL) 20, 900-902, 2008

 
 
 

— 数据提供:影像显示光电科技特色人才培育中心.影像显示科技知识平台 —

— 整理:林晃岩教授、陈冠宇 —

德国研究机构IAPP与Novaled研发出发光效率达到90 lm/W的OLED灯具

德国德勒斯登科技大学(Dresden technical university)的研究机构Institut fur Angewandte Photophysik(IAPP)开发了亮度为1000 cd/m2(一般计算机屏幕的亮度为300 cd/m2)时,发光效率达到90 lm/W的白色OLED组件,突破了日光灯管50~70 lm/W的发光效率。该成果已刊登在2009年5月14日出版的Nature期刊。论文中提到,虽然在此之前也曾有过高发光效率白色OLED组件的报导(如2008年UDC的样品达成102 lm/W的发光效率),但均未公布OLED的构造及发光效率的测定条件等详情。而目前即使是亮度达到5000 cd/m2的光源,科学家也仅达成74 lm/W的发光效率。以上的成果是利用Novaled的PIN掺杂(doping)技术所达成,不过这种doping方式成本很高。

IAPP为了提高发光效率,在发光层中采用了高折射率材料;还在光的萃取结构上下了工夫。论文表示,如果进一步改善光的萃取结构或是把基板模态一起算入,还可将发光效率提高至124 lm/W。IAPP还表示,今后将致力于改善内部量子效率,并降低电子与电洞再结合时的能量转换及传导损失。

Novaled表示,接下来尚待克服的则是使用寿命问题;另一个挑战则是迈入量产,对此Novaled期望,OLED灯具的商业化量产可望在2009~2010年之间达成。与其它照明光源不同,OLED灯具可制作成各种形状,通常会是以2D平面的大型薄板形状来呈现,如图一。

图一、OLED灯具示意图

 

中文新闻:

http://www.ledinside.com.tw/node/9933

英文新闻:

http://www.oled-display.net/iapp-dresden-announced-new-efficiency-record-in-oled-lighting

  http://www.oled-info.com/german-scientists-develop-90lmw-oled-lighting-panels
 

Nature 459, 234-238 (14 May 2009), “White organic light-emitting diodes with fluorescent tube efficiency”http://www.nature.com/nature/journal/v459/n7244/full/nature08003.html

 

 
 
 
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