第九十七期 2014年6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:2014.06.20
 
 
 本所孙启光教授当选为「第十二届有庠科技讲座」,特此恭贺!

奖项 类别 姓名
第十二届有庠科技讲座 光电科技

孙启光教授

 本所林清富教授荣获「第六届有庠科技发明奖」,特此恭贺!

奖项 得奖发明专利名称 姓名
第六届有庠科技发明奖

混合型异质接面薄膜太阳能电池结构及其制作方法
Mixed-typed heterojunction thin-film solar cell structure and method for fabrication the same

林清富教授

 本所林恭如教授硅量子点全光波导调变器荣登Laser and Photonics Review,特此恭贺!详情请参阅本校网页最新消息(http://host.cc.ntu.edu.tw/sec/schinfo/schinfo_asp/ShowContent.asp?num=1180&sn=12524)。

 本所吴育任教授指导硕士生杨宗叡同学荣获「2014 ISNE Best Student Paper Award」(oral presentation),特此恭贺!

本所6月份演讲公告:

日期

讲者简介 讲题 地点 时间

光电所专题演讲

6/20 (Fri) Prof. James S. Speck
Materials Department at the University of California Santa Barbara

Progress in Nonpolar and Semipolar GaN-based Laser Diodes: Materials Studies and Advanced Devices

电机二馆
105演讲厅
15:30~17:00

 

 
 
5月份「光电所专题演讲」花絮(花絮整理:姚力琪)
时间: 2014年5月2日(星期五)下午3点30分
讲者: 沈士杰总经理(力旺电子)
讲题: 从技术开发到技术授权产业
 

沈士杰总经理于5月2日(星期五)莅临本所访问,并于博理馆101演讲厅发表演说。沈总经理本次演讲题目为「从技术开发到技术授权产业」。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。

 

沈士杰总经理(右)与本场演讲主持人王维新教授(左)合影

 

时间: 2014年5月9日(星期五)下午3点30分
讲者: 邰中和董事长(绪扬管理顾问股份有限公司)
讲题: 蓝海策略
  邰中和董事长于5月9日(星期五)莅临本所访问,并于博理馆101演讲厅发表演说。邰董事长本次演讲题目为「蓝海策略」。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。
 

邰中和董事长(右)与本所所长林恭如教授(左)合影

 

时间: 2014年5月16日(星期五)下午3点30分
讲者: 王道维教授(清华大学物理系)
讲题: 台湾青年未来所面临的困境与挑战
  王道维教授于5月16日(星期五)莅临本所访问,并于电机二馆105演讲厅发表演说。王道维教授本次演讲题目为「台湾青年未来所面临的困境与挑战」。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。
 

王道维教授(左)与本场演讲主持人王维新教授(右)合影

 

时间: 2014年5月23日(星期五)下午3点30分
讲者: 简明仁董事长(第一金融资产管理股份有限公司)
讲题: 创业融资实务
  简明仁董事长于5月23日(星期五)莅临本所访问,并于博理馆101演讲厅发表演说。简董事长本次演讲题目为「创业融资实务」。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。
 

简明仁董事长(左)与本场演讲主持人王维新教授(右)合影

 

时间: 2014年5月30日(星期五)下午3点30分
讲者: 刘军廷所长(工研院电光所)
讲题: 电子与光电产业的前瞻研发趋势
  刘军廷所长于5月30日(星期五)莅临本所访问,并于电机二馆105演讲厅发表演说。刘所长本次演讲题目为「电子与光电产业的前瞻研发趋势」。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。
 
 
~ 2014 台大光电杯  花絮报导 ~

(时间:2014年5月4日;地点:台湾大学旧体育馆

花絮整理:所学会会长陈廷豪

2014 台大光电杯在阳光洒满整地的星期日中午正式在台大旧体育馆激烈展开。今年比赛的项目有3项,分别是街头3 vs 3篮球赛、神奇罚球赛和羽球锦标赛,赛前不断有人询问神奇罚球到底是在玩什么东西,不过主办单位说不讲就是不讲,极度保密到家,为的就是给参赛者一份小惊喜。光电杯这次的篮球和羽球除了前3名有大奖可以抱走之外,还有奖杯可以扛回家,因此报名的人数可说是非常踊跃!

首先开始的是街头3 vs 3篮球赛,今年报名的队伍共14队,采单淘汰赛制。大家为了那金光闪闪且象征荣耀的奖杯,挥洒着青春的汗水在球场上,被撞倒了就爬起来再战,每个人的奋战精神真是值得赞赏。

街头3 vs 3篮球赛前3名:
冠军:廖亮、陈彦安、徐维志、傅柏翰
亚军:黄胤杰、郑功圣、尹新逸、张立成
季军:李明骏、杜长耕、翁启铭、林群涵

紧接着就是神奇罚球赛,有别于正常的罚球只有投篮球,这次我们准备了5种球类来进行罚球,分别是篮球、排球、足球、羽球和网球,每种球类投3次,共15颗,比比看谁投进的多。小编也参与了神奇罚球,最后很可怜地只投进了4颗,无缘大奖,因此更加佩服怎么会有人这么厉害可以投进10颗以上。

神奇罚球赛前3名:
冠军:韦力天
亚军:尹新逸
季军:张维甫

最后是我们的羽球锦标赛,羽球锦标赛分成单打与双打,单打共7人报名,双打共6队报名,采单淘汰赛制。每个人都卯足全力力拼得奖,因此场边不时传出惊呼声,整个羽球场沸沸扬扬。

羽球锦标赛单打前3名:
冠军:韦力天
亚军:李政颉
季军:蔡政刚
羽球锦标赛双打前3名:
冠军:翁孟愉、李健铭
亚军:洪干益、傅柏翰
季军:曾维宣、张荣宏

2014 台大光电杯到此顺利结束,感谢光电所的老师以及所办对于所学会的支持与鼓励,也感谢报名光电杯的参赛者以及到场加油的观众,期望这次活动能让大家活络活络筋骨以及增进实验室之间的情谊,最后谢谢所学会的伙伴,有你们真好!

 

 

 
 
 

~ 2014「奈米能源科技的趋势、挑战与机会」国际会议 ~

(时间:2014年5月13日;地点:台湾大学博理馆)

花絮整理:傅惠君

由台湾大学光电所何志浩教授主办的「2014 奈米能源科技的趋势、挑战与机会」国际会议于5月13日圆满落幕。本次会议提供了一个专业多元的学术—产业交流平台,聚集了各界顶尖学者与工程师,包含材料科学家、电子工程师、物理学者等,描绘未来「奈米能源科技」所在的跨领域之世界舞台。藉由本次研讨会我们将最新科技更快推向商业市场。无论是在学术界的莘莘学子或是产业界的科技先驱、或甚至是投资者,在此都能创造彼此的机会,并对产业与学术领域的研究与启发有莫大的帮助。

我们很荣幸邀请到Plenary讲者Chennupati Jagadish教授(澳大利亚科学研究院副院长暨院士)与Paul Yu教授(前任加州大学圣地亚哥分校副校长与IEEE electron device society president)以及各界学术卓越的先锋,与我们分享丰富且前瞻的科技研究成果。并藉由panel session共同研讨国际间发展中最热门或前瞻之研究主题,激发更具开创性之研究主题及扩展跨领域与跨国知识交流。能亲炙世界顶尖学者,必然对提升视野、专精术业、增广见闻有莫大的影响,让奈米能源产业做出更多的碰撞,提供青年光电科学家在专业上与工作上交流的机会。

在此非常感谢台湾大学电机信息学院、光电工程学研究所及研究发展处等相关单位协助支持本活动,使整个会议之筹办工作能更加顺利进行,并能顺利地完成整个会议的举办。

图一、(左起)何志浩教授、林恭如教授、洪瑞华教授、Paul Yu教授、Jagadish教授、李清庭教授、郭浩中教授、黄建璋教授

图二、与会学者于博理馆前合影

 

 

 

 
     
 
 
Graphene to substrate energy transfer through out-of-plane longitudinal acoustic phonons

Professor Chi-Kuang Sun

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 孙启光教授

Graphene is often deposited on substrates for practical purposes. The graphene-substrate interactions have been the focus of many discussions because they induce property modifications and result in considerable energy transfer at the interface. However, the proposed mechanisms were restricted to the 2D plane and interface, while the energy conduction in the third dimension is hardly considered. Herein, we applied nano-ultrasonic spectroscopy with a piezoelectric nano-layer embedded in the substrate to study the energy transfer perpendicular to the interface of the combined system of the 2D graphene and the 3D base. The result revealed energy dissipation of optically excited graphene via emitting out-of-plane longitudinal acoustic phonon into the substrate. We found that, under photo-excitation by a femtosecond laser pulse, graphene can emit longitudinal coherent acoustic phonons (CAPs) with frequency bandwidth over 1 THz into the substrate. In addition, the waveform of the CAP pulse infers that the photo-carriers and sudden lattice heating in graphene caused modification of graphene-substrate bond and consequently generated longitudinal acoustic phonons in the substrate. The direct observation of this unexplored graphene to substrate vertical energy transfer channel brings new insights into the understanding of the energy dissipation and limited transport properties of supported graphene.

Fig. (Left)The schematic of applying femtosecond laser pulses to study energy transfer at the interface of graphene and substrate. (Right) The experimental data of differential transient transmission (T/T) that reveals the generation of out-of-plane longitudinal acoustic phonon in the substrate by the exclusively photo-excited graphene.

Reference: I-Ju Chen, Pierre-Adrien Mante, Cheng-Kai Chang, Szu-Chi Yang, Hui-Yuan Chen, Yu-Ru Huang, Li-Chyong Chen, Kuei-Hsien Chen, Vitalyi Gusev, and Chi-Kuang Sun, “Graphene-to-substrate energy transfer through out-of-plane longitudinal acoustic phonons,” Nano Letters, 1317−1323, 14, 2014

 

Investigation of designated eye position and viewing zone for a two-view autostereoscopic display

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

Designated eye position (DEP) and viewing zone (VZ) are important optical parameters for designing a two-view autostereoscopic display (Figs. 1 and 2). Although much research has been done to date, little empirical evidence has been found to establish a direct relationship between design and measurement. More rigorous studies and verifications to investigate DEP and to ascertain the VZ criterion will be valuable. We propose evaluation metrics based on equivalent luminance (EL) and binocular luminance (BL) to figure out DEP and VZ for a two-view autostereoscopic display. Simulation and experimental results (Fig. 3) prove that our proposed evaluation metrics can be used to find the DEP and VZ accurately. (Optics Express, Vol. 22, Issue 4, pp.4751-4767, 2014.)

Fig. 1. Schematic diagram for a two-view autostereoscopic display design. The figure is for illustration and not to the scale. In practice, Z>>f and PE >>PD.

Fig. 2. The VZ defined by geometric line plot from side sub-pixels. The figure is for illustration and not to the scale. In practice, Z is much greater than f and PE is much greater than PD.

Fig. 3. Experiment for verifying the reconstruction map based on equivalent luminance. Calcuated peak LReq at the first lobe (+1) is at (x, y, z)= (17.5~17.75, 0, 103~104.5). The observed pictures for (a) a B/W pattern and (b) natural picture are shown at the observation point (17.5, 0, 103) marked at (c). Those for (d) a B/W pattern and (e) natural picture are shown at the observation point (15.5, 0, 103) marked at (f).

 

 

     
 
 
论文题目:有机高分子光伏载体—受体系统的形态特性研究

姓名:林有恒   指导教授:吴忠帜教授

 

摘要

由高分子与富勒稀衍生物所制作的太阳能电池系统(图一),已经被视为最有潜力的再生替代能源选项。在许多高分子与富勒稀的材料组合中,聚噻吩(P3HT)和苯基碳61丁酸甲酯(PCBM)是目前最被广泛研究的题材。然而,最近的研究报导指出一个新的受体材料:茚-碳60双加成物(ICBA),用来取代PCBM作为P3HT系统的新受体材料(图二),其较高的最低未填满轨域能阶(LUMO),使得太阳能电池的效能获得明显的提升。然而,除了能阶的影响以外,深入的形态讨论对了解ICBA和PCBM的组件效率的差异也会有帮助。

在这篇论文中,我们比较这两个载体-受体混合系统:P3HT/PCBM和P3HT/ICBA的光谱以及形态特性,利用光学显微镜以及低掠角X光散射技术,我们发现不管是单一材料薄膜,或是混合载体-受体的薄膜,PCBM相对ICBA容易形成较大且规则的聚集或是结晶结构,和PCBM相较下,ICBA也相当程度的破坏P3HT的规则性排列。由于P3HT/PCBM系统可以形成较多、较大的规则相分离区域,P3HT/PCBM薄膜在高浓度PCBM掺杂的情况下,可以观察到明显的光学散射特性,然而这样的特性在P3HT/ICBA的混合系统上并不明显!这样的结果表示,P3HT/ICBA的组件效率提升并非来自主动层的形态质量提升,而是其它的原因在组件效率提升上产生更重要的影响。

图一、高分子太阳能电池组件结构
图二、P3HT、ICBA、PCBM分子结构

 

 

论文题目:奈米结构型态有机无机混成太阳能电池

姓名:赵俊杰   指导教授:林清富教授


摘要

研究涵盖以砷化镓作为材料的混成太阳能电池、固态染料敏化太阳能电池、以及热载子太阳能电池。在以砷化镓作为材料的混成太阳能电池方面,我们完成了一种结合透明导电高分子PEDOT:PSS与垂直型态n型砷化镓奈米线的一种新型混成太阳能电池。在制作以二氧化钛奈米柱作为光电极的固态染料敏化太阳能电池方面,研究结果显示,具有足够密集的二氧化钛奈米柱数组可同时提供足够的染料吸附以及有效的载子收集能力。在热载子太阳能电池的研究方面,我们制作了一种可收集热载子的光电转化新型装置。

图一、砷化镓奈米线/PEDOT:PSS混成太阳能电池组件结构示意图

图二、以二氧化钛奈米柱作为光电极之固态染料敏化太阳能电池组件结构示意图

 

 
 
 

— 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 —

基于微光纤漏光角的折射率传感器

折射率传感器在生物与化学方面有很多的应用,近年来,利用光纤作为折射率的感测引起了广泛的注意,光纤具有许多优点,像是体积小、可以携带以及高敏感度,目前有许多光纤传感器已经被开发出来,例如:表面电浆共振光纤传感器、干涉光纤传感器、强度光纤传感器、频谱光纤传感器以及光子晶体光纤传感器,上述这些发明带给我们生活中很多的应用。

对大部分的微光纤而言,环境介质的折射率通常比光纤内部介质的折射率还要小,因此光才可以被有效地局限在光纤内部传播而几乎无损耗,但是如果环境介质的折射率大于光纤内部之折射率,此时光就会从光纤内部漏出来而不能在光纤内部有效地传输,在大部分的情况下这种现象是需要避免的,然而,在特殊的情况下,漏光的现象反而有很大的应用,在此研究工作中,研究者利用微光纤的漏光特性用来侦测环境介质的折射率。

微光纤的漏光现象如图1(a)所示,其中,环境折射率定义为ne,光纤内等效折射率定义为neff,如果环境折射率大于光纤之等效折射率,则微光纤内的光会漏至环境介质中,基于司乃尔定律可以求得漏光角

 

图1、微光纤之漏光情形 (a) 漏光辐射图 (b) 漏光之辐射角

当把光纤沉浸在不同折射率的环境介质里时,漏光之辐射角度也会有所不同,基于这个现象,环境介质的折射率可以藉由辐射角来计算而得,这种利用辐射角的概念提供了一个简单的方法来感测环境介质折射率,而微光纤感测环境介质折射率之敏感度η也可由折射率与其差求得。辐射角与敏感度会随着折射率而改变,其关系如图2所示,辐射角会随着ne变大而增加、敏感度η会随着ne变大而减少,并且发现当ne趋近于neff时,η值就会增加至非常大,这意味者当环境介质与光纤介质折射率差不多的情况下光纤会有最佳的感测效果。

 

图2、辐射角(实线)与敏感度(虚线)在不同ne下的关系图(neff =1.4624 )。

在仿真模型中,光纤的核心直径为5.3微米,单模态下其等效折射率neff =1.4624,光纤的周围介质折射率ne=1.5000,模拟结果如图3所示,波长405奈米的激光被耦合至光纤中并且由左端传播至右端,模拟结果说明了光会以角度12.885度的角度辐射出去,此角度值与计算的结果相符,并且在其它不同的环境介质折射率所得出的模拟结果均与计算的结果一样,由此可知我们所使用的模型是正确的。

 

图3、微光纤漏光之仿真(| E |2图),辐射角θ= 12.885( ne = 1.5000)。

为了要量测辐射角,实验架构如图4所示,溶液被夹在基板中间,微光纤被沉浸在溶液中然后将一道激光耦合至微光纤里,当溶液厚度非常地薄时(大约等于微光纤直径),三维角锥状辐射图可以近似于二维平面状,经由记录此散射的光讯号,就可以取得光纤漏光的分布情形。

图4、实验架构

在实验中,利用波长405奈米之激光产生辐射场,搭配不同体积百分浓度之溶液(PDMS : toluene),与之前模型预期的一样,微光纤漏光所形成的光锥辐射图可以被肉眼观察到,图5(a)为此实验观察到的光锥图,图5(b)–5(l)为不同浓度下由CCD所拍摄的辐射图,在这些二维的图形中,可得到光锥的截面图,称之为光叉,光叉角为漏光角的两倍,根据仿真,微光纤里会有许多模态存在,不过经由适当地调变光纤耦合器,光纤里就可以只存在一些低阶模态,而较高阶之模态就不会存在于光纤中,图5所示的光锥并不是由一条光线组成,它其实是由许多模态的光线所组成,若只考虑光锥最外边界所形成的辐射光线,则这光线对应于光纤中最高的模态,因此可以准确地量测光叉的边界来决定辐射角。

这里所使用的光纤等效折射率neff =1.4624,而环境折射率ne(即溶液折射率)可以由公式求得,针对不同浓度溶液所量测得的平均辐射角与计算出的折射率值如表1所示,由此可知,当溶质PDMS浓度越来越大时,辐射角就会越来越小。并且另外以圆点的记号标示在图6上,这些数据说明当溶液浓度越来越大时,ne就会越来越小,经由上述方法,此实验所量测的精确度可达0.001,这样高的精确度代表着此种方法与其它感测技术一样是具有高敏感度的,同时,也可利用Abbe折射率仪器来量测环境折射率,这两种方法所测得的结果比较可以由表1与图6所示,它们的绝对差值|Δn |也列于表1最下方一排,由结果可看出此两种方法所测得的结果非常相近,在浓度1:8的时候差值0.0013为最大误差,而当浓度1:0.75时差值0.0001为最小误差,测量出的绝对差值最大不超过0.0013,相反地,由表1可知,当环境折射率越小时会有较好的敏感度,整个趋势证明了|Δn |在环境折射率较小的情况下会比环境折射率较大的时候小。

表1、在405奈米波长下分别由辐射角理论以及Abbe折射率仪器量得的比较。M.A.为辐射角、RI(L)为藉由辐射角理论求得的折射率、RI(A)为藉由Abbe折射率仪器量出的折射率。

 

图5、(a) 405奈米之辐射光锥图 (b-l) 405奈米中以以下11种不同浓度(1:8, 1:6, 1:5, 1:4, 1:3, 1:2.5, 1:2, 1:1.67, 1:1.33, 1:1, 1:0.75)下的辐射图

图6、405奈米波长下分别由漏光理论(红点)以及 Abbe折射率仪器(黑点)在不同溶液浓度下的结果

大部分的介质折射率都会有色散的问题,意即在不同波长下,同一种介质其折射率也会有所不同,因此一个好的传感器即使在不同波长下也能精确地量出折射率,在上述实验是利用波长405奈米激光来完成整个操作,事实上,这种方法不限于此波长的激光,另外一个实验是利用波长532奈米激光来完成整个操作,由结果来看,微小的误差以及良好的敏感度在此波长下也可以获得,理论上,这种方法不管在何种波段下皆可以有效的量测出介质折射率。

此研究实现了基于辐射角的宽带微光纤传感器,证明这种传感器即使在不同波长下也会有很好的感测效果,它是一个非常简单又可以携带的技术,而这些优点提供量测领域方面更多实质的应用。

 

参考资料:

F. Gao, H. Liu,* C. Sheng, C. Zhu, and S. N. Zhu, “Refractive index sensor based on the leaky radiation of a microfiber,” OPTICS EXPRESS, Vol. 22, No. 10, 12645-12652, 2014. DOI:10.1364/OE.22.012645

http://www.opticsinfobase.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-22-10-12645

   
 
 
 
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