第七十一期 2011年12月刊
 
 
 
发行人:林清富所长  编辑委员:陈奕君教授  主编:林筱文  发行日期:2011.12.15
 
 
 本所何志浩教授荣获中华民国光电学会2011年度光学奖项「第一届青年光电工程奖(原青年光学工程奖章)」,特此恭贺!

本所12月份演讲公告:

日期

讲者简介 讲题 地点 时间

光电论坛

12/16 (Fri) 胡元辉教授
中正大学传播学系
科技=美丽新世界?
—来自传播领域的反思
博理馆
101演讲厅
15:30-17:30
12/30 (Fri) Prof. Devki N. Talwar
Indiana U of Pennsylvania (IUP), Chair of Department of Physics
Phonons, defects and electronic properties of modern compound semiconductors: SiC, III-V, Dilute Nitrides and related materials 博理馆
101演讲厅
15:30-17:30


 

 
 
11月份「光电论坛」演讲花絮(花絮整理:姚力琪)
时间: 2011年11月4日(星期五)下午3点30分
讲者: Dr. Steven Yang (Oclaro, Inc.)
讲题: Coherent optical communication: an industrial perspective
  Dr. Steven Yang于11月4日(星期五 )莅临本所访问,并于电机二馆105演讲厅发表演说,讲题题目为「Coherent optical communication: an industrial perspective」。Dr. Steven Yang本次演讲内容精彩,演讲时面面俱到,与本所师生互动佳,本所教师及学生皆热烈参与演讲活动,获益良多。 
 

本场演讲主持人黄升龙教授(左)与Dr. Steven Yang(右)合影。


时间: 2011年11月11日(星期五)下午3点30分
讲者: 周铭俊博士(晶元光电总经理)
讲题: LED照亮未来
  周铭俊博士于11月11日(星期五)莅临本所访问,并于博理馆101演讲厅发表演说,讲题题目为「LED照亮未来」。周铭俊博士演讲内容精彩,本所学生参与热烈并踊跃提问,获益良多。
 

本场演讲主持人林清富所长(左)与周铭俊博士(右)合影。

 

时间: 2011年11月25日(星期五)下午3点30分
讲者: 姚淑德教授(北京大学物理学院技术物理系)
讲题: 用核分析技术研究薄膜材料的微结构与弹性应变
  姚淑德教授于11月25日(星期五)莅临本所访问,并于博理馆101演讲厅发表演说,讲题题目为「用核分析技术研究薄膜材料的微结构与弹性应变」。姚淑德教授本次演讲内容精彩,演讲时面面俱到,与本所师生互动佳,本所教师及学生皆热烈参与演讲活动,获益良多。

姚淑德教授1965年进入北京大学技术物理系学习,1970年毕业后留北大任教,1980年在该系研究生班毕业,在北京大学任教四十年先后被聘为讲师、副教授、教授和博士生导师。1991-1993在美国加州大学伯克利分校洛兰兹国家实验室作访问学者,长期与比利时鲁汶大学开展国际合作,并于2001-2010年间八次访问该校作为兼职教授进行实验研究;多年来与台湾大学光电所和电子工程系有着广泛深入实质性的科研合作与交流。主要研究领域是核技术在材料科学中的应用:包括多种离子束分析,离子束材料改性和离子束合成新材料。与人合着3本国家级优秀教材,发表过200多篇学术论文,多次获得北京市、中国核学会和北京大学的各种奖励。为发展大陆的核科学事业,培养核技术专门人才做出很大贡献。
 

本场演讲者姚淑德教授

 

 

 
 

 

~ 与南京大学(Nanjing University)博士生交流活动 2011  系列报导 ~

(时间:2011年10月8日至10月14日;地点:南京大学

【之四】

撰文:光电所博士班学生赵俊杰

针对2011年全国博士生凝聚态与光物理前沿论坛暨第四届海峡两岸博士生论坛,在10月10日上午的议程,第一位报告者为来自山西大学的李渊骥同学,其报告题目为激光二极管泵浦的1.5微米Er3+, Yb3+:YAB激光器,采用976nm激光二极管端面泵浦微片激光晶体,在5W的泵浦功率下,连续1.5微米激光输出功率达到390mW,斜效率10.3 %,通过在谐振腔内插入标准具,实现了226mW的连续单频1.5微米激光运转。

第二位报告者为来自苏州大学的路海双同学,其报告题目为SrxPb1-xRuO3的巡游铁磁性,报告内容如下:具有钙钛矿或类钙钛矿结构的过渡金属氧化物展示了丰富的物理内涵并具有重要的应用前景。报告者基于密度泛涵理论(DFT)的第一性原理计算方法,研究Pb掺杂过渡金属氧化物SrRuO3中的铁磁性的变化。

 

第三位报告者为来自南京大学的曹会英同学,其报告内容为粒子在含有非离子型表面活性的低介电常数溶剂中的带电行为的研究。

 

第四位报告者为来自南京大学的李烨操同学,报告题目为基于共聚物光刻法模板的氮化镓纳米结构再生长,报告内容如下:为了实现氮化镓纳米结构的规则有序生长,报告者采用了一种基于共聚物的光刻方法,在氮化镓衬底表面形成了一层非常规则的氮化硅(SiNx)六角形纳米孔状结构,并以此为模板进行了氮化镓纳米点的MOCVD有序选择性再生长。通过扫描电子显微镜、原子力显微镜等表征方法观察到了随着生长时间的增加,氮化镓纳米点的逐步生长过程,同时比较了不同的生长温度对于氮化镓纳米点生长情况所产生的影响。

 

第五位报告者为来自南京理工大学的李绶玙同学,报告题目为基于一维扫描重建血红细胞三维空间折射率分布,报告者使用干涉测量方法并结合Hilbert相位恢复算法与二维逆Radon-Radon迭代算法,提出一种新的基于一维扫描的生物组织三维折射率空间分布重建方法。该方法具有检测速度快、实验装置简单等特点,作为一种定量检测的手段,该方法可以广泛应用于细胞检测、生物组织内部结构观察、病变检测等方面。

 

第六位报告者为来自南京大学的张振涛同学,其报告题目为超导量子比特与微观二能级缺陷的耦合机制,报告内容如下:基于Josephson结超导电路的量子比特是未来量子计算器可能的物理实现之一。最近超导量子计算在可扩展性和退相干等方面都取得了长足的进步,但是比特的相干时间短仍然是制约它集成化和实用化的瓶颈,超导Josephson结中普遍存在的微观二能级缺陷是导致比特退相干的重要原因,报告者通过模拟发现在磁通比特中,二能级系统与比特的耦合类型依赖于所选的耦合机制,建议在三个结的磁通比特中,用已有的双光子谱来确定它们的耦合形式,进而推断出合理的耦合机制。

 

第七位报告者为来自台湾大学的许书嘉同学,报告题目为Si Nanowire/ Conducting Polymer Heterojunction Solar Cells,其报告内容为发展一种结合硅纳米线与导电高分子材料所制备而成异质接面太阳能电池,硅纳米线制作乃是透过金属辅助化学蚀刻法,此硅纳米线具有抗反射率的效果,而后,再加上电洞传输有机材料,完成组件架构,此类太阳能电池的效率可达9.45 %。

 

第八位报告者为来自苏州大学的朱时军同学,报告题目为随机电磁光束湍流大气传输质量研究,报告内容如下:由于大气湍流引起大气折射率不断起伏,因此激光在大气中传输受到湍流影响,从而使得光波的强度、相位在时间和空间上都会呈现随机起伏,产生波前扭曲变形、光束抖动、光强闪烁、光束弯曲和漂移、光束扩展以及接收端光斑发生畸变等现象,因此,激光束经过大气传输后的光束质量因子研究显得非常重要。报告者利用拓展Huygens-Fresnel原理和Wigner分布函数二阶矩定义的光束质量因子方法研究了EGSM光束在湍流大气中传输的光束质量以及受限光栏对光束质量的影响。

 

第九位报告者为来自台湾大学的陈两仪同学,报告题目为The Study of Strain Dependent Optical Transition Shift in GaN Nanorod Light Emitting Diodes,其报告内容比较了用两种不同的方式制作passivation layer于GaN Nanorod LED之上,包含利用PECVD成长SiO2与SOG旋涂作法。结果发现GaN Nanorod的应力释放与passivation layer的制作方式有其相关性,同时,也对该结构进行数值仿真。

 

第十位报告者为来自南京大学的刘冬梅同学,其报告题目为周期极化LiTaO3晶体中Talbot效应研究,报告内容首先研究了六角极化LiTaO3晶体中的二次谐波分数Talbot效应,发现二次谐波分数Talbot成像对点阵占空比的变化非常敏感,其次,从理论上研究了电光效应与声光效应对一维周期极化LiTaO3 (PPLT)晶体中线性Talbot成像的调控作用。

 

第十一位报告者为来自东南大学的周志强同学,其报告题目为Mn2+掺杂CdTe水溶性量子点的光限幅性质研究。报告者研究了水溶性的Mn2+掺杂的CdTe量子点的非线性光学性质,以飞秒激光脉冲作为激发光源,通过非线性透过率法测量其双光子吸收性能。

 

第十二位报告者为来自台湾大学的蔡东升同学,其报告题目为Ultra-High-Responsivity Broadband Detection of Si Metal-Semiconductor-Metal Schottky Photodetectors Improved by ZnO Nanorod Arrays,报告内容为在Si MSM Photodetector上成长氧化锌纳米柱数组以提升组件能有更宽的反应波长范围。

 

第十三位报告者为来自中山大学的陈耿炎同学,其报告内容为介质纳米结构中光子与量子辐射器相互作用的准确计算。

 

 

【之五】

撰文:光电所博士班学生苏亮宇

有别于之前的session充满许多理论分析与数值模拟,第二天有较多应用方面的研究,因此台湾的学生也大多集中在第二天下午报告,全团13人就有6人在第二天下午报告,因此今天下午大家也特别集中精神聆听,帮自己的队友加油。因为每个人的领域差异非常大,因此大家都有调整自己的报告内容,报告的前段大多为对该领域的简短介绍,有些人也会简单地跟大家介绍自己的实验室在从事哪方面的研究。我是今天下午第二位报告,在下午session开始前有几位南大电子系的学生来找我,表示自己也是做该领域研究,看到我领域相近因此前来指教,因此我此次报告也特别卖力,结束后也跟几位学生互留E-mail以便讨论之后的研究。此次俊霖学长报告的高功率激光让我印象非常深刻,俊霖学长成功使用全光纤的系统产生高功率激光,整套系统完全没有用到任何一片镜子,而且除了实验架设技巧之外,为了有效增高每个组件的效率,必须辅以理论计算设计,在理论与实验相辅相成之上顺利建构出此套系统,而且学长的报告充满了自信,不时流露出对自己系统的骄傲,结束后也很乐于和学弟们讨论,种种精神正是我所需学习的。同实验室的东佑学长也表现得相当优异,虽然我对于光纤系统不太熟悉,会后学长也很热心地与我讨论一些抽拉光纤的技巧。俊杰学长的报告则是结合了有机和无机的材料制备出TiO2染料型太阳能电池,他的报告让大家了解如何结合不同材料系统,以及一些如何调整水热法制备奈米柱的方法。祥钧学长的报告则是针对如何利用接口改质,让SU8自组形成mircro lens,此研究对于如何增加LED出光效率非常重要。君伟学长的报告一开始是跟大家介绍微机电在做什么,而后是自己如何设计出适用于陀螺仪上的震荡器。南京大学的学生报告也相当多元,包括了光子晶体激光仿真、利用光化学方法使InGaN产氢、奈米碳管…等研究,因为第二天下午很多人的研究都是与激光相关,因此中场的coffee break许多人也热烈地讨论这个课题,最后非常可惜因为时间不足,所以最后的几位报告的同学就没有开放Q&A,报告结束之后,依照往例投票选择session最佳的三位演讲者,台大的学生表现非常优秀,第二天下午场的最优秀三人皆为台大代表团成员,依报告顺序为苏亮宇、魏祥钧、蔡君伟,并由王副院长代表颁发礼物,此次论坛也正式结束,之后大家一起前往南京大排档用餐。平常在学校听seminar很少听纯理论模拟的报告,而且光电所的仿真也主要以电子组件、波导等为主,与南京大学的学生差异较大,因此参加此次论坛对于所有队员拓展自己知识有相当大的帮助。

 

 第二届海峡两岸光电研习营 

(时间:2011年11月28-30日;地点:台湾大学博理馆)

花絮整理:陈雯萍

承续去年12月初成功举办第一届,由本校光电所杨志忠教授继续筹办之「第二届海峡两岸光电研习营」,于2011年11月28至30日假电机信息学院博理馆举行,研习营于11月28日上午8:30在中央研究院刘兆汉前副院长、本校包宗和副校长及电机信息学院李琳山院长指导与祝福下揭开序幕,展开为期三天紧密的议程。本届研习营计有大陆北京大学、清华大学及南京大学三校10位教师及24位学员(博士后研究员或博士生)来台参加。台湾方面计有台湾大学、清华大学、交通大学及成功大学共20位教师及24位学员参加。研习营活动包括教师授课、学员以口头表达及墙报展示参加论文竞赛、文化参观访问等。海峡两岸光电研习营的举办系一项创举,也是一段摸索的过程,研习营的举办系为求两岸学术教育界彼此了解与尊重,进而创造合作的契机。

 

 
 
Investigation of the diffusion length of the cathodes in OLEDs through the impedance characteristics

Professor Chih-I Wu's Laboratory

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 吴志毅教授

For typical organic light emitting devices (OLEDs) with the hole mobility much larger than the electron mobility, the impedance versus voltage (Z-V) characteristics show a particular behavior which can be used to investigate many electrical properties of the organic layers. The impedance of these devices presents a transition from a higher value to a lower value before the device turns on, which indicates that the hole transport layer (HTL) reaches flat band and becomes conductive first. The voltage at where this transition occurs is named the transition voltage, and the difference between the transition voltage and the turn on voltage is dependent on the thickness of the electron transport layer (ETL) and the density of the accumulation charges.

In this work, devices with systematically varied thicknesses of ETLs and four kinds of cathode structures were investigated. The transition voltages versus the thickness of the ETL characteristics in Fig. 1 show that the transition voltages of the devices with an electron injection layer (EIL) shift toward higher bias while the slopes of all these devices remain constant. The shift of the transition voltage is proposed to result from the diffusion of the cathode structures into the organic layers which decreases the effective thickness of the ETL for capacitances. Therefore, the diffusion length of these cathodes can be estimated from the shift of the transition voltages of each group of devices.

 
Fig.1 The transition voltage V0 versus thickness of the ETL (Alq3) characteristics. The film structures of these devices are ITO/NPB(800Å)/Alq3/cathodes.

 

Tumor detection strategy using ZnO light emitting nano-probes

 Professor Jian-Jang Huang

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 黄建璋教授

Traditional methods of detecting cancer cells, such as fluorescence, have their limits and can hardly be used for identification during tumor resection. Here we report an alternative tumor detection technology using ZnO nanorods bonded to antibodies as cancer cell probes. Our experiment shows that EGFR(Epidermal growth factor receptor) can be connected to ZnO nanorods and to EGF receptors of SCC(squamous cell carcinoma). The cancer cell can be recognized by the bare eye or the optical microscope with the help of purple light emission from ZnO/EGFR antibody probes. On the other hand, for cells with less expression to EGFR, in our case HS68, no purple light was observed as the probes were washed-off. From the photoluminescent spectra, the peak intensity ratio between the purple light (from ZnO at the wavelength 377nm) and the green band (from the auto-fluorescence of cells) is much higher with the presence of SCC, as compared with HS68. The ZnO/EGFR antibody probes have the potential to be applied to real time surgery for tumor cell identification. The cancer cells will be excised with the help of purple light emission.

(a)

(b)
(c) (d)
(e) (f)
Fig.1 Experimental flow of ZnO antibody probes bonded to SCC(cancer cells) (a) and HS68 (b). The nanorods without antibody were also employed for comparisons. (c)&(e) The strong UV-VIS band ratio indicates the existence of SCC while very weak UV light for HS68 samples ((d)&(f)).

 

Luminous-efficiency improvement of solar-cell-integrated high-contrast organic light-emitting diode by applying distributed Bragg reflector

 Professor Hoang-Yan Lin

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 林晃岩教授

Solar-cell-integrated organic light-emitting diodes (OLEDs) were fabricated with both high contrast ratio and energy-recycling ability. However, the luminous efficiency of the integrated devices is reduced to 50% of that of conventional top-emitting OLEDs. A novel structure to recover the luminous efficiency from 50% to near 85% by applying a distributed Bragg reflector (DBR) was demonstrated. It saves about 40% of the electric power of that of a device without a DBR. The contrast ratio remains high compared to that of conventional OLEDs. Simulations were conducted first to prove our models and assumptions. Then, two types of thin-film solar cells – CdTe and CIGS solar cells – were used. They had different contrast ratios as well as viewing-angle properties. Finally, the emission spectrum was calculated to be 11 nm FWHM, which is narrower than that for the emission spectrum of a typical microcavity OLED and has the advantage of having saturated colors.

Fig. 1 (a) Concept of the solar-cell-integrated OLED; (b) concept of our DBR design; integration of a DBR to enhance the outcoupling efficiency.

Fig. 2 (a) Input microcavity-OLED emission spectrum; (b) DBR reflectance of a CdTe solar-cell-integrated OLED; (c) output microcavity-OLED emission spectrum for a CdTe solar-cell-integrated OLED.
 

     
 
 
论文题目:周期性极化反转铁电材料之制备与特性检测

姓名:裴善庄   指导教授:黄升龙教授

 

摘要

本論文中首先介绍利用激光加热基座长晶法(LHPG)结合外加电场实时监控(in-situ)极化反转过程,制作周期性极化反转之铌酸锂(PPLN)及钽酸锂(PPLT)晶体光纤(Crystal fibers)。实际应用上,在掺氧化锌之PPLN晶体光纤中,以自串接式(Self-cascaded)的倍频(SHG)加和频(SFG)來产生可调变波长之藍綠光输出,可调范围从471.3 nm至515 nm,具有超过40 nm的可调频宽。

在材料分析与特性量测方面,光学同调断层扫描术(OCT)首次被应用在非线性晶体之检测。我们利用自制的掺铈钇铝石榴石双纤衣晶体光纤(Ce3+:YAG double-clad crystal fiber)所产生的宽带光源,來架设超高解析度OCT 系统,可以成功的检测出在PPLN 极化反转边界的折射率差值与边界之均匀性,更进一步地,针对周期性极化反转铁电材料之波导组件,其复合结构、色散、以及微小的折射率对比度皆可利用其非破坏性检测之特性來完成量测与分析。量测结果中,针对掺氧化镁共融比之周期性极化反转铌酸锂晶体,可计算出其+z 以及-z 反转区域之折射率差为4.2×10-4,对于铁电材料极化反转过程的质量为重要之指针。

 

 

图一:The blue/green light output from the cascaded SHG+SFG.

图二:3D image of domain boundary layers of a PPLN bulk crystal.

 

 

论文题目:玻璃包覆之晶体光纤宽带光源

姓名:许光裕   指导教授:黄升龙教授


摘要

本研究以激光加热基座长晶法(laser heated pedestal growth)制作出掺铬钇铝石榴石(Cr4+:YAG)双纤衣晶体光纤与钛蓝宝石(Ti:Al2O3)单纤衣晶体光纤,用以制作应用在光学同调断层扫描术(optical coherence tomography)之宽带光源。以1064奈米掺镒光纤(Yb:fiber)激光激发掺铬钇铝石榴石双纤衣晶体光纤,可以产生3.2 mW输出功率,其输出荧光之中心波长为1.38微米,半高频宽为222奈米(图一上),纵向分辨率为3.6微米(图一中),其纵向影像画素间之串音,对相邻画素为-24.7 dB,对第二与第三非相邻画素各为-37.2 dB及-32.9 dB(图一下)。钛蓝宝石单纤衣晶体光纤,以532奈米二倍频绿光固态激光激发可产生15.6 mW输出功率,以446奈米蓝光半导体激光激发则可产生2.5 mW输出功率,其输出光谱中心波长为760奈米,半高频宽为180奈米(图二上),纵向分辨率可达1.5微米(图二中),因为光谱近乎高斯波形,其纵向影像画素间之串音非常小,对正负一阶相邻画素为-23.7 dB,对正负二阶与正负三阶非相邻画素各为-42.7 dB及-49.5 dB(图二下)。

 

 

图一

 

图二

 

 
 
 

— 数据提供:影像显示科技知识平台 (DTKP, Display Technology Knowledge Platform) —

— 整理:林晃岩教授、陈圣灏 —

在光子晶体中抑制自发性辐射

荷兰特温特(Twente)大学的科学家日前以实验结果展示了一个近四分之一个世纪前的预测:可藉由三维光子晶体(photonic crystal)产生之能隙结构来抑制自发性辐射(spontaneous emission)(相关论文:Phys. Rev. Lett. 107, 193903)。藉由了解此辐射以及其抑制方法,研究人员在未来可以建立出更好的固态激光以及减少量子计算机(quantum computers)中可能出现之噪声。

Willem Vos和Merel Leistikow与其同事,经由在硅芯片上蚀刻出正交排列的孔洞数组,建立出一个"反式木垛"(inverse woodpile, 木垛:摆放成堆之木头)之光子能隙结构,经由理论计算方法得出此结构所产生之能隙,可使得所有的模态皆无法存在。

图 1 (a) 电子显微镜下之三维反式木垛结构,由互相垂直之孔洞数组排列组成(被二维光子晶体结构所包围,见红色虚线处) (b) 反式木垛结构参数示意。

在制作出所需光子晶体结构之后,研究人员将其浸泡至由硫化铅(lead sulfide)制作出之量子点胶体溶液中(室温条件下此溶液会发出波长约在1.39 ~1.50 μm的通讯波段),并利用532 nm波长的短脉冲激光激发量子点,根据Willem Vos的说明,激发后的量子点可视为单一光子源,由于由量子点所发出之辐射非常低,研究人员须仔细地将背景噪声去除,并花费数小时来收集其辐射。

如同预测之结果,量子点在光子能隙作用下,其辐射衰减率(decay rates)缩减为原本的十分之一,然而在光子能隙外则有两倍的增强,换句话说,处在光子晶体结构中之量子点比未经任何处理之量子点需要十倍的时间才会辐射。在一个实际有限尺寸之光子晶体,此抑制之效应取决于量子点与结构表面之距离。

 

文章来源: Optical & Photonics News Published by OSA By Patricia Daukantas | POSTED NOVEMBER 10, 2011
网址: http://www.osa-opn.org/OpenContent/NewsRoom/Suppressing-Spontaneous-Emission-Inside-a-Photonic-Crystal.aspx
相关引文: M. D. Leistikow, A. P. Mosk, E. Yeganegi, S. R. Huisman, A. Lagendijk, and W. L. Vos, ” Inhibited Spontaneous Emission of Quantum Dots Observed in a 3D Photonic Band Gap, “ Phys. Rev. Lett. 107, 193903, 2011
   
   
 
 
 
版权所有 国立台湾大学电机信息学院光电工程学研究所 http://gipo.ntu.edu.tw/
欢迎转载 但请注明出处 http://gipo.ntu.edu.tw/monthly.htm/