第九十二期 2013年12月刊
 
 
 
发行人:林恭如所长  编辑委员:吴肇欣教授  主编:林筱文  发行日期:2013.12.25
 
 
 本所何志浩教授荣获中国电机工程学会「2013年度优秀青年电机工程师奖」,特此恭贺!

 本所黄建璋教授荣膺「2014 SPIE Fellow」,特此恭贺!

 以下为近期本所教师指导学生荣获学生论文奖项,特此恭贺!

 

年度 得奖学生 奖 项 指导教授
2013 汪孝伦

中国电机工程学会2013年「青年论文奖」第三名

吴肇欣
2013 吴仲伦

财团法人中技社2013年度「科技奖学金」

林恭如
2013 林泳详

2013年度科林论文奖博士论文头等奖

林恭如
2013 汪孝伦

2013年度科林论文奖硕士论文优等奖

吴肇欣
2013 蔡明亨

2013年度科林论文奖—硕士论文优等奖

刘致为

 

 
 
11、12月份「光电论坛」演讲花絮(花絮整理:姚力琪)
时间: 2013年11月29日(星期五)下午3点30分
讲者: 杜武青教授(Distinguished Professor, ECE Dept., University of California
讲题: Bandgap Engineering and Device Applications of Dilute Nitrides
  杜武青教授于11月29日(星期五)莅临本所访问,并于博理馆101演讲厅发表演说。杜教授本次演讲题目为「Bandgap Engineering and Device Applications of Dilute Nitrides」。本所教师及学生皆热烈参与演讲活动,演说内容丰富精彩,与现场同学互动佳,师生皆获益良多。
 

 

杜武青教授(右二)与本所教师合影。

 

2013光电论坛暨咨询委员会
时间: 2013年12月13日(星期五)08:40~16:40
地点: 博理馆101演讲厅
  本所于2013年12月13日(星期五)举办「2013光电论坛暨咨询委员会」活动,邀请美国、香港及台湾本地知名学者至光电论坛发表演说,本次论坛讲者信息如下:
 
时间: 09:00~09:50
讲者: 常瑞华教授(University of California at Berkeley, USA
讲题: Nanophotonics Using III-V Nanopillars Grown on Silicon
 
时间: 10:10~11:00
讲者: 张希成教授(University of Rochester, USA
讲题: Challenge and opportunity for remote sensing with THz waves
   
时间: 11:10~12:00
讲者: 刘纪美教授(Hong Kong University of Science and Technology, Hong Kong)
讲题: LED on Silicon (LEDoS) for Intelligent Lighting and Display
   
时间: 14:00~14:50
讲者: 祁甡教授(National Chiao Tung University)
讲题: Ultra-High Capacity V/W-band Optical/Wireless Systems Enhanced with Digital Signal Processing, Poems and Optics
   
时间: 15:10~16:40
讲者: 蔡定平教授(National Taiwan University)
讲题: Plasmonic nano bumps, vertical U-shape ring and toroidal metamaterials
 

 

合影教师介绍(由左至右):黄建璋副所长、黄升龙教授、张希成教授、常瑞华教授、林恭如所长、刘纪美教授、杨志忠教授、张宏钧教授、邱奕鹏教授 。

 

 

 
 
 

光电所参与欧盟 European Master of Science in Photonics (EMSP) 硕士双学位计划  系列报导 ~

撰文:光电所硕士班学生吕韦辰

【之四】

在前往一个陌生的环境前,一定都会对当地的生活机能充满疑惑恐惧:在外面买吃的方不方便?大众运输工具是不是往来频繁?在台湾生活多年的我们,已经习惯食物唾手可得;24小时营业的商店,更是便利了我们的生活。但是到了国外,这些我们认为理所当然的事情,可能要被全盘推翻 。

食:欧洲不像台湾一样到处都有小吃,通常外面能找到食物的地方就是餐厅,不过一道主菜往往13欧元起跳(~520NTD),如果还点前菜(~200NTD)、点心(~200NTD)、饮料(160~240NTD),一餐下来花费也相当可观,更不用说把外食当做日常生活模式的我们,所以寻找省钱的方法就变得非常重要。(1)自己煮:每个国家都有规模较大的量贩店(ex. 英国:TESCO,比利时:DELHAIZE),除了占地面积大的店面外,也会在城市各角落设立小的便利商店。卖的东西除了杂粮、生活用品外,也会有蔬菜水果、肉类等生鲜食物,有点像是缩小版的顶好超市。如果每天都在家里煮菜的话,一次采买一周食材大概30欧元内可以搞定。而且欧洲很常有食物促销活动,抓准时机的话,便宜价钱也是能买到好货的。(2)学校餐厅:想当然学校餐厅就是学校跟厂商合作,让学生能以优惠平实的价格吃到营养健康的食物。不过比起台湾学校餐厅,外国学校菜色的变化就比较少。简单的话可能就一条长棍面包三明治,或是色拉配水果。熟食的话大多以主菜的肉搭配薯条、马铃薯等,价格大概在200NTD上下。(3)快餐:有时候嘴馋又贪图方便时,快餐店就成了最方便的选择。在欧洲各地几乎都可以发现麦当劳的影子,其它像汉堡王、肯德基也能找到。比较特别的是,外国的快餐店为了配合当地饮食特色,可能会推出台湾没见过的套餐,不妨尝试看看。不过因为物价高的关系,那边快餐店的价格至少是台湾两倍以上,甚至在更高物价国家(瑞典、瑞士)可能会到三倍。另外一个在欧洲很流行的食物就是来自土耳其的Kebab(夹膜包肉,有点类似台湾的沙威玛)。Kebab的普遍性比快餐店来得高,而且价格也便宜(~200NTD),对于在旅行又想省钱的人来说也是一种选择。

衣:欧洲天气不像台湾长时间炎热,即使夏天气温也不常超过30度,这也是为什么夏天时非常适合到欧洲旅游。这边通常九月气温开始转凉,晚上需要加件薄外套,到了十二月气温已是降到零度附近,之后更可能降到零下十度上下,非常寒冷。不过那边房间习惯装设暖气,所以在房间待久反而会觉得热,因此外出时洋葱式穿法就很重要。洋葱式穿法就是一层一层地分别把薄外套、厚外套加在衣服上,如此一来当感到没那么冷时,就可以看需求加减外衣。

住:欧洲的住宿费用也是相当高昂,几乎占整月开销的一半以上。在St Andrews时学校有提供学生宿舍,而且有不同种类可以选择(主要是套房或雅房式),当然价格也差很多。像我住的Fife park house是两层楼的建筑,上下层楼各住三个人,有共享的厨房、卫浴、厕所设备。这边平均下来一个月房租大约台币一万五,在台湾算是很贵的,但在St Andrews却是最便宜的宿舍…。住house的好处就是大家很容易在厨房或房间任何角落见到面,是个跟室友相处培养感情的好地方;缺点就是房间的隔音有点差,有人在门外走动或是在房内讲话都可以听得很清楚,所以很要求自己生活质量的人必须把这点纳入考虑。套房的房租就将近变成两倍,约三万元台币。每个套房有自己的卫浴设备,门口也要有卡片才能刷入,不过厨房也是共享的,空间比house来得大,唯一的缺点就是大家会比较常待在自己房间,跟室友的交流也就相对比较少些。比利时的布鲁塞尔自由大学是没有办法提供宿舍的,可能因为学校一次跟学生签约一年,对于我们下学期才去的就没有办法空出房间,也因此必须要自己去外面找住宿的地方。学校有提供一个租屋网站Brik (http://brik.be/),这个网站和自由大学有签约,在上面刊登的租屋必须要符合一定的规范,如果跟房东有纠纷的话也能多层保障。布鲁塞尔的月租金平均约一万六台币,想要找便宜的,不是要很早就开始找房子,不然就要把寻找范围放在城市的郊区地带。如果不想要花很长时间在交通上面的话,还是建议找学校附近的租屋。如果在根特大学的话,学校就有提供宿舍,倒是不用太担心找房子的问题。

行:St Andrews是个大学城,学校的机构都散落在小镇各地,虽然有巴士运行,但路线都是通往其它城市,镇内也只停留几个点,班次少、单价高,不适合当作每天通行的工具。通常都会跟前人买辆二手的脚踏车,可以恣意穿梭在学校间,去镇上买东西也很方便。再不然双脚万能,靠走路也是可以来回镇上跟宿舍,只是从宿舍到系馆要20分钟,系馆到镇上也差不多20分钟,会花掉不少时间。由于布鲁塞尔是欧洲转运大都市,多类型的交通工具自然不可少,举凡火车、地铁、地上电车、公交车巴士都很频繁。在都市内移动可以买交通票,包含后面三种交通运输工具刷卡后一小时内都可以任意搭乘,只是票价也不便宜:买单次票的话一张接近80NTD,建议可以买多次票,平均下来每趟会便宜许多(十次~520NTD)。【精彩内容,下期待续~】

 

 

~ 与南京大学(Nanjing University)博士生交流活动 2013  系列报导 ~

(时间:2013年10月8日至10月14日;地点:南京大学、扬州大学)

【之四】

撰文:光电所博士班学生蔡承桦

2013年第六届两岸光电科技博士生学术论坛于10月9日至10月10日在扬州举行,10月9日在江苏省教育厅领导、南京大学物理学院院长李建新教授及南京大学研究生常务副院长许钧教授开幕致词后展开,紧接着是国立台湾大学光电所所长林恭如教授及南京大学物理学院祝世宁院士的邀请报告。这次参与两岸光电科技学术论坛的学校分别有南京师范大学、南京理工大学、苏州大学、南京航空航天大学与扬州大学,而主办单位则是南京大学物理学院与国立台湾大学光电工程学研究所。

学术论坛主要分为八项类别,依序为:

Session A: Laser optics and optical devices

Session B: Solid State Lighting and Display

Session C: Integrated optics devices - Grating

Session D: Optoelectronic Materials & Graphene

Session E: Nonlinear Optics

Session F: Solar cells & Physics optics

Session G: Micro-nanostructure

Session H: Quantum emitter

2013年10月10日上午的学术报告由太阳能电池(Solar cells)和物理光学(Physics optics)做为开端,太阳能电池在新兴的绿色能源里占有极大的比重。一开始由于涛教授指导的包春雄同学进行关于太阳能电池的学术讨论,内容主要提到TiO2材料由于本身较高的电子迁移率,耐旋光性、低成本和毒性已经成为太阳能电池领域里较具吸引力的材料之一,而有待改进的是它较宽的能阶带而导致可见光无法被含有TiO2组件利用转换成电能使用。

紧接着是由何志浩教授指导之魏子乔同学,魏子乔同学所报告的内容也是关于太阳能电池,其内容主要讨论的材料为SrRuO3,研究中经由SrRuO3能在室温条件下稍微地扭曲本身的单一立方晶体和金属导电率的特性,再利用此特性导致电子在固体不同分布及自旋相关结果所产生的铁磁性和磁效伸缩效应应用于太阳能电池。在太阳能电池类别讨论的最后,由吴小山教授所指导的马李刚同学报告,研究中主要提及CdTe利于应用于太阳能电池的特质、试图在材料中添加具有能带较高的氧化物改进CdTe材料本身之特性和在CdTe薄膜形成过程后的退火制成添加CdCl2有助于薄膜中载子之增加。

另一个讨论的主题环绕在微米及奈米结构(Micro-nanostructure),首先由王牧教授指导之蒋尚池同学做报告,研究中主要在金属薄膜上制作鱼叉型结构来建构并达到完美的吸收器(absorber)。接着由王鸣教授指导之姚洁同学做报告,研究中提及两种方式来诱发电浆穿透现象(Plasmon induced transparency phenomena),其中一种是利用各自独立的电浆共震器相互表面干涉后造成,可以应用在生物检测器、发光及光学滤波器。

紧接由张宏钧教授指导的石璧魁同学做学术报告,石璧魁同学的报告主要利用有限元素法(finite-element method)建构一个复杂的通用模型来解决关于周期性结构的光学仿真。最后由高雷教授所指导的黄杨同学做报告,其研究建立了一有效介电质理论来推导出奈米线的介电系数及磁导率,最后再经由微弱散溢的粒子对于电磁散射来做进一步的讨论。

2013 两岸光电科技博士生论坛与会者合影

 

之五

撰文:光电所博士班学生杨伯康

此次第六届海峡两岸光电科技博士生论坛,在10月10日第二部分的议程部分,第一位报告者为来自南京大学的姜建娟同学,其报告题目为利用电浆能隙(plasmaonic band tuning)之调变来增强染料分子的荧光放射强度。主要原理是利用荧光放射强度与表面电浆的能态密度(DOS)关系,如能在接口得到越集中的电浆模态分布,将能大大提升整体器件的荧光强度。在光场强度分布的预测上,他们也预先使用了(FDTD)软件仿真;在实验上则使用PMMA薄膜在相同周期,但不同凹槽宽度的光栅组成器件来测试。其实验结果不仅能与模拟结果预测相符,也实际地呈现了染料的荧光强度之提升是来自于表面电浆模态的增强。

第二位报告者为来自台湾大学的程志贤同学,其报告题目为Multicolor Si Quantum dot embedded in SixOy Thin film MOSLED with 2.4 % External Quantum Efficiency,其报告内容为发展一种结合硅量子点(QDs)应用于MOSLED器件上,来提升LED的外部量子效率。藉由改变制程中溅镀的功率数值、时间、以及气体流量,使得LED器件能发出不同波段的电致发光。此外,随着溅镀功率的提升,可发现MOSLED的外部量子效率由1.9*10-3% 上升至 2.4%,且功率转换比率也从1.8*10-7上升至1.7*10-3,这可归功于加入了硅量子点后的量子局限效应之增强所致。

第三位报告者为来自南京大学的万明杰同学,其报告题目为Theoretical analysis of molecular fluorescence enhancement via dielectric-coated metal nanosphere antenna,其报告主要内容是利用金属粒子包覆介电质之壳层 (core-shell) 结构,由于其局部表面电浆效应(localized surface plasmon)的增强,能提供更高的荧光产生速率。藉由金属粒子引入的局部表面电浆效应取决于粒子的组成、型态、表面形貌、介电质环境等因素,而荧光产生后便会被金属粒子表面所吸收。由结果发现,此种金属粒子包覆介电质之壳层结构能利用局部的表面电浆效应,对于荧光的产生速率有了明确的提升。

第四位报告者为来自台湾大学的尹煜峰同学,其报告题目为Spatially Adjusted Spontaneous Emissions from a Photonic Crystal embedded Light-Emitting Diode,其报告主要内容是利用光子晶体 (photonic crystal, Phc) 于GaN-based LED 结构中,提升LED的出光效率和方向性。一般来说,GaN-based LED的出光效率取决于内部模态之萃取长度,以及光子能硅的质量因素(Quality factor)。而光子晶体的引入,便是扮演着类似绕射光栅的角色,来进行萃取光的动作。然而,由于光子晶体和传播模态很难产生迭加,另外一个议题便在于制造较大的能隙(band gap engineering)。由结果发现,藉由光子晶体的引入还有能隙的制作,对于LED的出光效率都能有着明显的提升。

整体来说,在研究领域上,发现两岸的方向虽有着明显不同,却也因为这种差异性,激起了更多交流与更多的深度互动。不论是在实验经验,还有理论架构,都能有更多分享与讨论的机会。此外,也藉由这次活动,和一同在台湾研究的同学,拉近了彼此的距离,往后也能有许多共同研究的机会。能参与此次论坛,真的让我受益匪浅。

 

 
     
 
 
Simulating light transmission through a metallic thin film perforated with 2D periodic array of multiple-slit apertures

Professor Hung-chun Chang

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 张宏钧教授

The phenomenon of extraordinary transmission through periodically arranged sub-wavelength holes in metal films has attracted considerable interest during past decades. The main mechanisms responsible for this phenomenon have been widely believed to be the excitation of surface plasmon polaritons (SPPs), or the surface electromagnetic (EM) modes, and Wood’s anomalies (WAs) set up by periodically arranged holes. In addition, it has been shown that the shape of the aperture, resulting in shape resonances (SRs), has a strong effect on the transmission spectra. In this work, we study the optical properties of differently shaped apertures composed of one to three horizontal slits, named x-arm slits, and one vertical slit, named y-arm slit. Figure 1(a) shows the geometry of a unit cell of one sub-wavelength metallic structure example we study. The metal (silver) film with thickness 75 nm is coated on a silicon substrate. An in-house developed 3D finite-difference time-domain (FDTD) method numerical model is used to simulate the EM field distributions and transmission spectra under normal incidence of light. Periodic boundary conditions are applied to the xz and yz planes to simulate a square periodic array of apertures. The SR wavelength might dominantly depend on the slit length. But for more complex-shaped apertures, the SR paths may have some ambiguities to be estimated by the modified cutoff wavelengths of the rectangular waveguide (i.e., λres = 2neffLres/m, where is the effective refractive index, Lres is the resonant length, and m is an integer) due to the slight difference of the Lres between those possible contours. We have found that analyzing the near-field features is helpful in distinguishing the SR modes. For example, the modulus of the electric field, |E|, defined by , contours clear geometry of the resonant length. Within the SR paths, the distribution of the phase component parallel to the polarization of the incident light (e.g., φEx under x-polarized light) is quite homogeneous and the phase component along the propagation direction, φEz, exhibits a 180jump at the center of the slit width. By focusing on the anti-phase property of φEz along the SR contours and the symmetry requirement preserved for certain polarization state of light, those SR paths that cannot meet the above two criteria together are obviated and the possible right ones are left. In order to testify the validity of such principles in determining the SR paths, we design a set of apertures with onefold or twofold mirror symmetry, composed of x-arm slits and one y-arm slit, as shown in Fig. 1(b). We find the FDTD-obtained field-profile predictions agree well with the real SR modes, which are validated by the near-field analyses. Moreover, we discuss how the separation distance between slit elements in the apertures affects the SR wavelength under specific incident-wave polarization, showing how the coupling between adjacent slits would play a role in the variation of the spectra, as shown in Fig. 1(c). By delicately studying the properties of such factors and how they interact, we could manipulate the spectra with an additional degree of freedom, which could be important to structures with multi-holes or multi-slits in one unit cell. (Hui-Hsin Hsiao and Hung-chun Chang, in META’13 Abstracts, pp. 161–162, March 18–22, 2013.)


(a)


(b)


(c)

Figure 1. (a) The unit cell and the near-field plane cut in our simulation. (b) Top view and structural parameters of samples 1–5. (c) Transmission spectra with an y-polarized light under normal incidence. The inset shows two adjacent unit cells with separation distances between the x-arm slits, s1 and s2, specified.

 

 
Strain reduction and crystal improvement of an InGaN/GaN quantum-well light-emitting diode on patterned Si (110) substrate

Professor C. C. (Chih-Chung) Yang's group

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 杨志忠教授

The comparisons of the morphology, material property, and optical characteristics of a crack-free InGaN/GaN quantum-well light-emitting diode (LED) structure of completely coalesced overgrowth on an a-axis-oriented one-dimensional trench-patterned Si (110) substrate with the other two samples grown on flat Si (110) and Si (111) substrates are demonstrated. This sample on patterned Si (110) substrate shows the highest crystal quality, weakest tensile strain, largest internal quantum efficiency, strongest LED output intensity, lowest device resistance, and smallest spectral shift range in increasing injection current. The small spectral shift range indicates the weak quantum-confined Stark effect. The advantages of this sample are attributed to the small lattice mismatch between Si and GaN along the m-axis, the reduced thermal stress along the m-axis, and the minimized upward-propagating dislocation density. Figure 1 shows the cross-sectional scanning electron microscopy (SEM) images of the sample with patterned Si (110) substrate (sample A). One can see the preserved trenches in the Si substrate. Figure 2 shows the plan-view SEM images of the three samples: (a) patterned Si (110) substrate-sample A, (b) flat Si (110) substrate-sample B, and (c) flat Si (111) substrate-sample C. Only sample A is crack-free. Figure 3 shows the Raman scattering spectra of the three samples. Sample A is strain free. Figure 4 shows the LED output intensities (left ordinate) and spectral peak energies (right ordinate) as functions of injection current of the three samples. Sample A has the highest output intensity and the smallest spectral shift.

Fig. 1 Cross-sectional SEM images of the sample with patterned Si (110) substrate.

 

Fig. 2 Plan-view SEM images of the three samples: (a) patterned Si (110) substrate, (b) flat Si (110) substrate, and (c) flat Si (111) substrate.

 

Fig. 3 Raman scattering spectra of the three samples. Fig. 4 LED output intensities (left ordinate) and spectral peak energies (right ordinate) of the three samples.


 

 
     
 
 
论文题目:氮化物奈米结构的穿透式电子显微研究

姓名:张文明   指导教授:杨志忠教授

 

摘要

首先我们报告利用有机金属气相沉积技术利用气态-液态-固态长晶模式(VLS)在c平面蓝宝石基板上的氮化镓层上成长氮化铟镓奈米柱。在气态-液态-固态长晶模式下,我们使用金的奈米颗粒当作催化剂,而奈米金颗粒系在氮化镓层上面以高功率激光照射金薄层产生。氮化铟镓奈米柱成长后,我们使用穿透式电子显微镜的能量散布能谱仪及高角度环形暗场像(HAADF)观察到氮化铟镓奈米柱的螺旋式沉积结构,我们在长晶的方向观察到准周期性铟成份的变化,这乃由于沉积过程中铟的过饱和所造成,氮化铟镓奈米柱的螺旋式沉积是由于在氮化镓基板上之螺旋式差排所造成的,另外,我们于规则排列的氮化镓奈米柱上使用不同温度、不同时间及不同铟的流量来成长氮化铟镓/氮化镓量子井结构,我们使用阴极射线致发荧光光谱来比较奈米柱顶端形成具极性的c平面圆盘状量子井结构以及奈米柱侧壁形成非极性的m平面量子井结构发光波长的变化,可以观察随着量子井沉积时间之增加、沉积量子井的温度的下降、以及沉积量子井时铟的流量之增大都会使阴极射线致发荧光波长变长,另外我们使用穿透式电子显微镜影像的应力分析,我们可以得到应力分析的量子井平均宽度及平均铟含量的变化趋势与阴极射线致发荧光波长变化相符合。

图一、氮化铟镓奈米柱穿透式电子显微镜影高角度环形暗场像。

图二、氮化铟镓/氮化镓量子井奈米柱穿透式电子显微镜影像(a)及高角度环形暗场像(b)。

 

 

论文题目:硅基板上氮化物发光二极管之技术发展

姓名:陈志谚   指导教授:杨志忠教授


摘要

在本论文中,我们实现了生长氮化铝缓冲层的新颖技术,以降低在硅基板上生长氮化镓所产生的拉伸应力。藉由温度渐变的方式生长氮化铝缓冲层,便可利用氮化铝缓冲层中的热应力来抵抗降温过程在氮化镓薄膜中所产生的热应力。我们成功地在(111)面硅基板上生长3.7微米厚的无裂痕氮化镓薄膜,而拉曼散射分析显示薄膜中的残留应力已有效地降低。将这技术应用在生长氮化铟镓/氮化镓多重量子井上,可以大幅地降低量子局限史塔克效应,因而提高量子井的发光强度。我们亦比较了在蓝宝石基板及硅基板上所生长的量子井,以分析不同的衬底应力对量子井发光特性的影响,并提出了应力模型来解释。

因为硅基板会吸收可见光,如何降低吸光所造成的光损耗是提升发光二极管效率的重要议题。为了增强在硅基板上所生长的氮化铟镓/氮化镓多重量子井发光二极管的出光效率,我们设计了(110)面的图案化硅基板,其条状图案沿着[1-10]Si || [11-20]AlN 的方向。在条状图案化硅基板上所生长的氮化镓薄膜具有较佳的晶体质量,而散布在晶圆表面的沟槽可以产生很强的光散射以提升出光。因此,在(110)面条状图案化硅基板上所生长的发光二极管,和在(110)及(111)平面硅基板上所生长的发光二极管相较之下,具有较强的光输出。

此外,我们在Si(111)基板上制作网状图案,于其上生长相同的发光二极管结构。并且提出一个应力变化模型来预测,增加沟槽的深度可以降低残留应力。从电子显微镜影像、拉曼散射频谱及光致发光频谱的分析结果显示,较深的沟槽确实可以降低残留应力。我们也证实了沟槽效应对于应力补偿是个很关键的限制。

图一 图二
 

 
 
 

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

— 整理:林晃岩教授、张劭宇 —

如纸般的反射镜

欧洲的科学家发表了一种可以调变反射波波长以及极化方向的薄型、可弯曲镜子,因为这些窄频(频宽约100奈米)的反射镜的制程简单、成本不高,因此很适合应用在电子阅读器、智能型信用卡、剂量计等产品,它们提供了镀银反射镜之外的另一种新选择,Gia Petriashvili及其共同研发团队(参考资料2)利用胆固醇液晶混合一些活性单体分子(RM 257)、旋光剂(ZLI-811)、紫外光光引发剂(Irgacure 2100)来制作反射层,这一层混合物被涂在纸的基板上面,并且在上面覆盖一层具有保护性的聚合层(如图一),接下来再将这种个结构以紫外光照射使之聚合以达到可挠曲以及机械强度增加的效果(如图二)。

图一、可饶式胆固醇面镜结构示意图。

图二、聚合完成后的CLC反射镜拥有良好的机械强度并且在弯曲下其反射率不会受影响 。

一旦聚合完成后,后续的紫外光照射可以改变胆固醇液晶混合物的螺距,因此可以调变此种反射镜在可见光波段的反射频谱;而更长的紫外光照射时间可以将频谱峰值调变到更长波长范围(如图三)。除此之外,在紫外光照射的同时利用一个屏蔽层遮蔽可以做出具有不同反射频谱的微小反射镜矩阵,举例来说,红、蓝、绿等反射镜画素可以被实现在基板上(如图四)。

图三、反射频谱峰值的位置图 a. 在UV光照射之前。b. 经过九分钟的UV光照射。c. 经过十九分钟的UV光照射。 图四、a. CLC屏幕的聚合。b. 利用半穿透式的画素屏蔽层在CLC屏幕上定义出红蓝绿三种反射镜。

反射镜的极化特性可以藉由改变聚合物覆盖膜的厚度来控制,因此聚合物覆盖膜又扮演相位延迟片的功能(计算如下),藉由这种方法,反射波的偏振就可以被改变(如下图五、六)。
相位差计算:
a. 取波长分别为0.560、0.605、0.650(nm) 聚合膜厚度d=15.2μm




b. 如上述的波长但聚合膜厚度变成d=30.2μm


由上面(a)的计算可知,当厚度为15.2μm时,聚合膜可以当作四分之一波长板;由上面(b)的计算可知,当厚度为30.2μm时,聚合膜可以当作二分之一波长板。

 

图五、此图为检测反射光偏振态的实验架构图 a. 聚合膜厚度d=15.2μm的偏振变化。b. 聚合膜d=30.2μm的偏振变化。1. 非偏振光。2. 聚合膜。3. 线偏振光。4. 圆偏振光。5. 四分之一波长板。6. 线偏振片。7. 光谱仪。 图六、此图为线偏振片旋转角度与反射光强度的关系图。1. d=15.2μm下的结果。2. d=30.2μm下的结果。

正由于这些反射镜是可挠式而且是可调变的,它们相较于传统的镀银反射镜提供了更多应用的机会,例如他们的特性可以客制化以兼容于任何一种背光源或是反射式显示器的设计中。

 

 
参考资料 1.

Oliver Graydon, Paper-like mirrors, Nature Photonics, Vol. 7, p. 856, NOVEMBER 2013.

http://www.nature.com/nphoton/journal/v7/n11/full/nphoton.2013.290.html

参考资料 2. Gia Petriashvili, et al., Paper like cholesteric interferential mirror, Optics Express, Vol. 21, No. 18, pp. 20821-20830, 9 September 2013.
 
 
 
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