第115期 2016年1,2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:2016.02.29
 
 

本所吴忠帜教授荣膺「SID Fellow」(SID: Society for Information Display;国际信息显示学会),特此恭贺!

本所林恭如教授与太克科技股份有限公司(Tektronix)合力打造光通讯联合实验室,特此恭贺!
 

 

 

 
 

~ 2015光电所岁末餐会  花絮报导  ~

(时间:2015年12月28日;地点:台湾大学电资学院明达馆3F中庭广场

花絮整理:所学会会长黄郁庭

众人忙碌了一学期后,光电所所学会举办了期末餐会邀请大家一同享乐,现场除了有美味的食物还有精彩的表演,更有好玩的游戏和刺激的抽奖!

图一、美丽帅气的主持人(彭峻威、王纯蕙)

图二、认真看表演的观众

首先请来的是木眼镜乐团为我们的盛宴暖场,而后则是林恭如所长来为大家致词,勉励同学认真向上。然而光电所的同学们除了学术上有精彩的成就,更是各个身怀绝技卧虎藏龙,有人会自弹自唱,一首「流浪到淡水」让众人忍不住流下游子辛酸的泪水,勾起绵延不绝的乡愁;有人会变魔术,无中生有、变化多端,甚至穿过你躯体,窥视你的内心。无论是任何形式的表演,都深深地抓住了观众的目光,留下深刻的印象。

图三、情歌对唱(古庭安、游学谦)

图四、流浪到淡水的游子(陈彦璋)

图五、所长致词

图六、吉他弹奏(王鹏瑞)

图七、有鸽子(刘昌锦)

图八、读出妳的心

至于游戏方面,今年举办了「光电知识王」,考验大家对光电所的了解程度,以及一些简单的生活常识。无论台上的参赛者,抑或是台下的观众无不专注地思考题目,可以感受到同学们的脑前叶不断蠢蠢欲动、拥有更加敏锐的思辨能力。餐点方面则请来多年合作的好伙伴:PAPAGO,来准备可口的餐点,每盘皆是见底没有浪费,可见同学们十分捧场!

图九、左二为知识王(黄国佑)

图十、因活动内容而爆笑的同学们

抽奖部分则是提供数量可观的Häagen-Dazs冰淇淋兑换券和华纳威秀电影票,以及王品集团的餐券和3C产品,最大奖则是Ipad mini!而我们有幸邀请到吴育任教授和吴肇欣教授来为我们摸彩,让环节更加精采!

图十一、吴育任老师摸彩

图十二、吴肇欣老师摸彩

这学期的光电所所学会办的活动即将告一段落,很谢谢各位老师、各位所办人员的帮忙,总是不断给予我们援助与咨询。而我还要衷心地感谢每一位辛苦的所学会成员,没有你们办不出如此精彩的活动,谢谢大家!
 

 
 
 
     
 

~ 与南京大学(Nanjing University)博士生交流活动 2015  系列报导 ~

【2015 第八届海峡两岸光电科技博士生论坛】

(时间:2015年11月15日至11月20日;地点:南京大学

【之三】

撰文:光电所博士班学生梁玮伦

在研讨会中听完南大学生的演讲后,着实感受到大陆一流顶尖学校博士生的努力。演讲过程中因为每位讲者所涉足的领域皆有所差异,从聆听的过程中,也让彼此得以接触到非本身所经常接触的领域。而在各场次的精彩内容中,令我印象深刻的主题分享如下:

有讲者分享了不同的主动组件(由电流方向获得、或依靠电流方向能够执行数据运算、处理的组件),像是OLED,这是由一薄而透明具半导体特性的ITO,与电源之正极相连,再加上另一个金属阴极,包夹成如三明治之结构的组件。报告的过程中,讲者探讨了如何利用经济实惠的合成方法来研发各种高效率的OLED材料。此外,演讲中还提及被认为是现代历史中伟大发明之一的晶体管,因晶体管于线性工作时,输出的讯号与输入的讯息成比例,而成了放大器,并让收音机、计算器、计算机以及相关电子产品变得更小、更便宜。分享过程中,讲者则是讨论如何以TCAD模拟为基础对量子井应用于发光敏晶体管之分析。另外,还有讨论利用有机材料使用化学合成的方式调整其能隙的有机太阳能电池的主题,这可让制作出的组件能涵盖更广的太阳光谱,且由于高吸光系數,所以有机层的厚度仅需几百奈米,并可以利用迭层结构,去设计每层要用什么材料去吸收特定波段的光谱,并藉此提升转换效率。讲者提到如何仿造蛾眼睛之奈米结构,来增强有机太阳能电池之光捕获。

此外,还有其它领域的主题,像是藉由设计周期性材料而构成的超材料,因超材料内组成元素之几何尺寸远小于操作波长,来探测次波长以下的物质细节。超材料具有达成负折射率物质并实现超越绕射极限的完美透镜,这是因电磁波可以反向传播,而使得绕射极限下分辨成像成为可能。此外还能使光局限在材料中,而达到光捕捉、使光子吸收机率提升,并提升太阳能电池能量转换效率之目标。讲者提及磁偶极子,四极耦合引起的电磁感应透明 (EIT),这如同在立体超材料中的传输。

报告的学生还提到石墨烯,这是一种由碳原子所组成的六角型蜂巢晶格的平面薄膜。除此之外,还有表面电浆子,这是存在于穿越交界面时,会改变介电函数的实部正负号的物质之相干电子震荡现象。还有,宽深比在1000以上,通常被称为一维材料的奈米线。分享过程中,则是研讨对于石磨烯之特性研究,且讨论利用自组装膜分子调制掺杂石磨烯于场效晶体管中的议题。

我发现南大的师生们将重要的科技技术进行了深入的研究,又认真报告、呈现自我的研究成果给众人研习。上述这些都是耳熟能详的经典物理学名词,虽然研究的内容要融入现实世界的运用可能还有一段距离,但却能将理论进行有效的分析、讨论,以便将物理层次研究得更加完备,提供给后进研究学者参考。演说过程中的流利表现,也需要事前充分的准备与排练,虽然仅仅只是上台短暂的十几分钟,但也是藉由长期用心的研究而换得的。

透过校园所提供的优质训练,亦可使物理学家具备快速思考、有效分析判断的能力,对上帝所创造的世界充满好奇心,用心观察、从中体会物理世界的精髓,甚至将其应用于现实生活、提升全人类的生活福祉。我们藉此机会不仅是探讨研究本身,也体会到研究过程中的用心,并可彼此分享校园内的学习制度,让学生们相互成长。

 

之四

撰文:光电所博士班学生张文彦

第八届两岸光电科技博士生论坛由南京大学主办,于2015年11月15日在南京召开。为了能让台湾大学的老师及博士生对于南京大学的实验生态及环境有更多的了解,第一天的重头戏就安排了实验室参访。主要参访的实验室分别为介电体超晶格实验室(祝世宁教授)、纳光子实验室(王振林教授)及硅基发光实验室(吴兴龙教授)。

介电超晶格实验室研究方向有激光、电浆子激光、集成光学、超颖材料、量子光学。首先就由徐平教授为我们介绍几个研究方向。介电体超晶格激光,它可以在近红外、中红外甚至在太赫兹波段都可产生激光。全固态激光泵浦的超晶格具有效率高、体积小、波长可调的优点。尤其在中红外波段,是气体、固体、半导体材料的特征光谱区,应用非常广泛。芯片上量子光源和信号处理,根据量子信息(包括量子计算、量子通信)亟待解决的关键科学与技术问题,研制高质量、高亮度的可控制量子光源和具有量子计算、量子仿真功能的光子芯片,为高阶量子计算器、量子通讯网路提供强有力的理论储备和技术支撑。

图一、徐平教授专业讲解

图二、团员们认真听讲

纳光子实验室的研究方向为金属微结构天线数组、表面电浆微腔、表面电浆波导。陈卓教授为我们介绍介电层包覆金属奈米粒子的光学特性。这种结构有许多优点,第一、电磁场被局限在介电层中,其实是一种腔模,很少会受到外界环境的影响,可以应用在生物医学上。第二、如果我们将介电层换成增益介质,可以获得更高的增益,减少泵浦所需要的能量,将可应用在激光上。第三、透过控制可以在某些波段下达到无背向散射的效果,应用在定向能量传输上。

图三、陈卓教授专业讲解

图四、团员热烈讨论

硅基发光实验室的研究方向有奈米半导体发光材料的微结构、声子特性和发光机制的研究。吴兴龙教授为我们介绍如何使用生长小片氧化锌材料做成太赫兹激光。利用声子的特性,氧化锌小球有很强的太赫兹发射,效率可达百分之三十三。

图五、吴兴龙教授专业讲解

图六、实验室仪器设备

此次的参访都由教授讲解,让大家有深入浅出的了解,比较可惜的是同学们比较没有表现的机会,虽然如此,还是遇到几张熟面孔,像是吴兴龙教授的学生甘志星同学、祝世宁院士的学生李世凤同学,他们都是前两届为我们介绍的对岸学生成员,如今都成为教师了。

台湾大学的师生们对于实验的设备和研究方法都产生极大的兴趣及好奇,并与南京大学的学生们热烈地互相交流。不过在实验室的空间上,南京大学比我们具有优势,实验空间是我们的好几倍大,令我方学生叹为观止。希望将来双方能有更多学术上实质的互动,以增进两岸光电科技研究的交流。

 

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 ~

【之三】

撰文:光电所硕士班学生许乔为

如果有在追踪此专栏的同学们就会知道,我们上半年主要是在英国圣安德鲁斯大学修课,我的学术研究部分则是在比利时布鲁塞尔自由大学进行,因此本篇主要为我在比利时布鲁塞尔自由大学研究方面的心得分享,若对于在英国圣安德鲁斯大学研究生态有兴趣的学弟妹们也可以与光电所取得我的联络方式找我询问。

布鲁塞尔自由大学位处比利时首都布鲁塞尔,以比利时两大主要语言分为荷语区的Vrije Universiteit Brussel (VUB)和法语区的Université Libre de Bruxelles (ULB)。就读于荷语区的我受惠于荷语母语者普遍流利的英文,在研究期间与教授、同学及学长姐间并无太大的沟通障碍。

比利时以钻石加工技术闻名于世,从世界各地进口钻石原料到其著名的安特惠普港城(Antwerp),加工钻石后再贩卖至世界各地,其工程实力不容小觑!我很荣幸获得机会在比利时就读光电工程学程,虽然在世界大学排名上(VUB硕士学程在QS 2016年172名、工程及医学领域201名)并不特别出色,但在研究的过程中可以感受到整体上讲求逻辑严谨、与业界密切结合及追求高效率的学术风气。

在各光电领域方面,VUB的光电所主要研究光学、硅光子、光电子学、非线性光学等等的应用部分,对于奈米制程着墨较少。比利时也有很多著名的光电公司设厂,如Nikon、Canon、Cisco、IMEC,其它像是以制作光微影奈米制程机台著名的ASML则是设在离布鲁塞尔1小时车程的荷兰一个工业城市,这些公司在我们校内举办的就业博览会都会前来征才,释放许多实习机会。

不过台湾与比利时在光电领域相比之下,台湾有更多著名的光电公司,拥有光电学程的大学非常多并且广泛涵盖光电领域各专业学科,大学内部某些实验室甚至拥有自己的制程机台,这些其实都是在比利时不常看到的。出了国,才知道台湾的美好啊!

与各国做文化交流,人人都是国民外交官

而比利时处于欧洲的交通枢纽、心脏地带,让来自各国的国际学生争相前往比利时研究,实验室内就像是一个小型联合国,学校与学校间的联合学程更是屡见不鲜,像是在我们所上的光电学程就有与比利时另一所著名的根特大学的联合学程、欧洲国家内部的伊拉斯莫斯联合学程等,光是与同学们交流各国不同的文化就有很大的收获。

与来自欧洲内各个国家的学生们相处,可以感受到整体而言欧洲的研究思考模式是非常直觉、直线式的,从确定最终目标开始,到分成各种小目标,并定下各阶段所需要的步骤、所需要的时间,尤其在遇到问题时,体现出西方的高效率,与东方式平行、循环式的思考模式十分不同。

扎实的学术研究训练、超高效率的论文研究与享受生活的平衡

整体而言这里的光电所学程主要是第一学年修七至八门课,第二学年约四门课程,普遍都是作业一箩筐、课程进度飞快的硬课,被当率根据我不专业不负责民调约24.78%(4人中就会有1人被当),因此第二年由于修课的缘故,做研究的整体时程大约只有半年。

而对于我们这些EMSP计划生而言,研究大约是从一月开始直到六月底口试。研究题目是从第一学年末各实验室教师发想的主题挑选,4.5个月看文献做研究,最后1.5个月写论文准备口试,通常论文是格式较为宽松的内文60至100页不等。最后口试普遍采取类似研讨会形式,委员6至8位,且可邀请校外人士参与,中间还会穿插一些学术演说。

实验室机制主要也是博士生带硕士生,在欧洲,博士生是有薪水、年终、劳保的一份正职工作,所以通常博士生都十分尽责,不会对硕士生不闻不问,有些较为严格,例如我所待的实验室,会要求打卡上班,甚至在Google共编日历标出全年有空的时段,以免指导教授找不到人。

最后大部分的学生在繁重的修课压力及无敌紧凑的论文时程下还是都顺利毕业了,不得不说没来这里之前,我无法想象用半年时间就可以完成从文献阅读到论文口试结束的一连串流程,而且大部分的欧洲学生都还边过着你无法想象的疯狂社交、旅游生活呢!

不过值得一提的是在硕士班就读期间将研究成果投稿国际期刊并不常见,就我所知,这现象不仅出现在比利时,甚至欧洲其它地方也是如此,与台湾和美国追求发表期刊的风气大不相同,隐约看得出台、美硕士班学生普遍相较比利时有较大的企图心。

东方教育 vs. 西方教育

而在西方社会价值观崇尚自我、重视逻辑之下,在这里,学生普遍都需要自动自发,尤其讲究与指导者、教授的沟通。遇到问题时,东方的教育教导如何自己解决问题,西方的教育教导如何找对的人解决问题,崇尚东方教育「蛮干精神」的我也因此了解到「不用怕麻烦人」及「良性沟通」的重要性。

论文:Design Of An Optical Non-Imaging System For An Improved Light Collection In The Current State-Of-The-Art Sorting Machines

最后跟大家分享一下我在这里研究半年的成果。我是处于比利时两大著名实验室的其中之一:Brussels Photonic Group (B Phot),研究主题是在一食品全自动制造设备上的检测系统设计一个非成像光学系统;此检测系统是以激光激发食物内毒素的荧光进行检测,以判别光谱的方式辨别有无毒素的产生进而达到食物质量的控管。在近五个月的时间我不断发想新的光学设计、优化、改良系统、再优化…,前前后后共设计出八种不同系统并做优化及光收集效率的模拟,最后在模拟上验证效率可提升20倍。

这半年的经历虽然让我备受挑战却相当具有成就感,我在完成论文提交的当下,甚至高兴地一个人半夜在房里唱歌跳舞呢!强烈感受到脱离苦海的感觉,并且算是完成了人生的一个小梦想吧!也祝福各位有着出国留学梦者都能完成梦想,期许看到更多勇于追梦的台湾勇者们顺利完成!【精彩内容,下期待续~】

 

撰文:光电所硕士班学生程筠婷

出发到欧洲前,会收到由EMSP计划秘书Bert发出、由各个学校各教授提供的研究主题,由我们各自排好五个志愿序后等待通知,所以在我们前往欧洲前就会知道第二学期所在的学校、研究题目、指导教授和博士班学长等信息。

当初选择的时候,我主要是以国家、教授与题目为考虑,因想借着这难得的机会到不同国家走走,与顶尖者学习,最后选择前往比利时根特大学,指导教授为Roel Baets和Dries Van Thourhout,论文题目为Study of silicon waveguide losses through scattering-induced spectral transmission fluctuations,主要在探讨奈米级线宽硅波导下光与声频段的波之间的交互作用,因前几年发现其交互作用产生大幅的声波增益,未来可能发展为“声激光”,但目前损耗仍略大于增益,而损耗的来源尚不明确,所以当时我的研究主题以降低损耗为目标着手。

同时这个研究主题是延伸自带我的博士班学长Raphael,整个实验与论文撰写过程主要都是跟他讨论,而实时讨论结果与下一步该怎么做,对于短时间完成论文很有帮助。此外,每隔三到四周与两位指导教授的讨论也总是让我们有新的想法,并适时地评估判断阶段性的结果与研究是否合理、是否该继续或换个方向前进,每次会议结束也会确认这次的讨论是有用的,且订下下次会议的时间,让我们有一个明确的时间与目标。

过程中有时候还是会一股脑儿地做实验,但发现某个地方错了要重来,或是其实不需要花那么多时间搜集类似的数据,不过总在事情发生了才会知道,也才能深刻地思考应对方法,所以在这种情形发生时我会让自己完全停下,去跑个步,看看不相关的书,把研究暂时放一边,然后开始审视最近几个礼拜所做的事与时间运用,整理后把已完成与下一步行动列出来,重新再出发。在多次的调整后,自己也慢慢能判断哪些是重要、紧急、可能影响到后续走向的,也较能评估自己的状况,与其它人协调。

在相处上,Roel、Dries和Raphael都给我很弹性的时间与空间,平时阅读文献、做实验,只要自己安排好他们就不太过问,有问题随时可以当面或用email、What’s App讨论,或是介绍对相关领域较有研究的人让我询问,也可以有自己的行程与假期。但他们也不是漠不关心,像是有一次Roel发现我使用已久的程序代码似乎有错,就让我赶快回去验证,也请Raphael帮忙debug,不管多晚都要寄信告诉大家状况;还有一次准备论文答辩预演时,我自己准备的投影片内容不够有故事性,Roel、Dries、Raphael也一张一张投影片建议我怎么修改才能让论文的重点突出且引人入胜。

这次的报告经验也让我重新思考,投影片的呈现是因观众与用途而异的!EMSP论文答辩只有10到15分钟,众多的内容不可能全部表达,有些可能也与大方向主题相关性不大,所以要有故事性进而传达最重要且让听众听得懂的讯息,内容是需要取舍的;举例来说,这次的听众大部分是不同领域的同学,若放上全部数据结果(图1),恐怕让人昏昏欲睡抓不到重点,因此我们把信息图象化,以简单清楚的方式表达(图2),反之,若投影片是要用来授课,让学生可以清楚细节、回家也可自行阅读,详细的数据则较适合。

不论是之前修课或这次研究的分享,依环境、个人状况、条件等等,都会有不同的学习,虽不能完全套用到另一个人身上,但我相信这些都是让我们具备面对未来各式各样的情况,可以应变或多方思考的经验。【精彩内容,下期待续~】

图1、欲表达光损耗光谱随温度变化的位移,而此位移可用cross-correlation计算,但公式与光谱太长杂乱,也无法看出相关性。

图2、直接计算出cross-correlation,并以位移为横坐标,不同温度变化为各曲线差别,清楚表达光谱位移与温度变化的关系。
 

撰文:光电所硕士班学生陈帛钧

1月15日,我推着沉重的行李箱以及心情搭上了从德国纽伦堡往比利时布鲁塞尔midi车站的一班跨国火车,火车的终点站那一头,等着我的是未知的挑战。先撇开研究和毕业不说,其实坐上火车的当下,我连当天晚上要睡哪都还不知道呢…,这又是另一个故事了。记得到了布鲁塞尔的第二天,一起床就发现窗外下雪了!那天我第一次前往VUB,去BPHOT (Brussels Photonics Team)实验室报到,初步认识及和实验室确认我目前的状况。

于是我先和我的supervisor见了面,他是亚美尼亚来的博士班四年级学生,名叫Tigran。之前我还在苏格兰的时候,已经和他通信过了,他也有给我几篇相关的paper,让我对于这个主题先有一定的认识。他跟我深入浅出地说明这个计划的几个不同的部分,还有我负责部分的目前进度和需要我来帮忙解决的地方。过几天后,我也与我的指导老师Michael,在那里称为promoter,见面讨论研究方向和可以开始着手的地方。每次和Michael与Tigran讨论,都是相当不错的经验。我们会一起在一个桌子前坐下来,通常我会准备几页slides的进度报告,还有目前遇到的问题,接着他们会直接在纸上把自己想要说的想法图像化,然后轮流讲自己的看法。在这样的过程里,我的很多盲点和不足的地方会很快被纠正,也会很快搞懂一件事情。在这里我深刻体会到孔子说的「知之为知之,不知为不知,是知也」。比利时式的态度,一次就要确定你真的了解,用最直接的方式跟你讨论、让你搞懂,因为这也是最有效率的方法。这边的环境也让我感觉到自己不只是一个硕士班学生而已,比较像是一个研究者,和其它研究者互相讨论。

我的研究主题是Design and fabrication of micro-optical components for beam steering system,主要内容是要设计出一个用于beam steering system的微米等级光学组件,来放大steering的扫描角度范围,我们称这样的系统为Angular Magnification System (AMS)。我的研究内容就是将AMS和其它合作单位已经设计出来的Beam Steering System (BSS)结合,来增大原先BSS中扫描角度范围的不足。先介绍一下所谓的Beam Steering System,顾名思义是可以控制操纵光束的一个系统,可以被运用在很多的光电领域的应用上,像是照明、光通讯、显示器技术等等。而这样的系统可以用许多不同的方法和机制来达成,像是用移动的机械结构控制的微机电(MEMS)的方法,也就是有名的DMD (Digital Micromirror Device),利用控制不同小镜面的反射来操纵,如图Fig.1所看到的MEMS结构。运用这样的结构,可以调控光束的方向等参数,达到Beam steering的目的。TI (Texas Instruments)也开发出一种显示技术,也就是著名的DLP (Digital Light Processing)。

Fig. 1 (a) Structure of DMD [1] (b) Top surface of micromirror surface [2]

另外,还有很多方法可以制成Beam steering system,像是利用两组微透镜数组(MLA)的互相平移产生的光束角度调变,还有用其它不同的作动方式,如EM (Electromagnetic), PE (Piezoelectric), ET (Electro-thermal) actuation等,再搭配特殊的MEMS机构来达到Steering。另外,非机械的方法上,常见的是利用Electro-optical effect,藉由这些EO crystal的特殊性质做成的prisms,来达到steering。利用E-O crystal虽然可以达到快速的调变,但这些晶体价格昂贵并且需要用相当大的电压来驱动。因此,另外一种使用材料是液晶,它具有较大的E-O response,还有价格便宜许多,驱动电压低等优点。我的论文计划里的光束调变的方式,即为采用液晶为材料。事实上我的论文研究内容隶属于一个跨界的合作计划,是我实验室BPHOT和比利时一些厂商还有学术界的合作。其中包括比利时光电著名学校根特大学的实验室,而制作液晶为材料的Beam Steering组件,主要是根特大学负责,其类似的paper中的构造图可从下图中看到。

Fig. 2 LC blazed-grating beam deflector [3]

这样的原理简单来说是利用LC分子受电压作用后折射率的改变,和相邻的PMMA折射率的匹配和不匹配的不同情形,在折射率匹配时,液晶分子的折射率和PMMA几乎相等,因此入射光像是通过均匀的平行基板,而当液晶分子折射率改变,造成入射光通过锯齿状的结构产生不同角度的折射,基于这样的原理,而产生特殊的Beam Steering方式。然而,这样的调变系统有个问题就是可调变的扫描角度太小,约只有5°,因此我的任务即在要放大这个角度的steering范围,也就是刚刚提到的Angular Magnification System (AMS),研究内容包含了光学系统仿真与光组件制作以及最后的实验测试。我的研究的架构大致上可由下面这张图Fig.3看出来,包括设计、制作、量测实验三个部分。

Fig. 3 Research flow chart of AMS design, fabrication and experiment

我们采用微透镜数组(MLA)的光学系统来放大角度。首先先进行Ray Tracing的光学系统仿真和设计,在这部分我用CODE V跑模拟,先由尺度大的系统开始仿真,从折射式望远镜(Refractive Telescope)的系统概念,因其类似的Angular Magnification性质,做afocal system的模拟,设法在保持输出collimated光束、符合组件尺寸等空间限制,且降低各种像差(Aberration)造成的影响。由于BPHOT实验室具有精密的Diamond Tooling Technology光学组件加工技术采用,因此我采用Aspheric lens的设计。设计的目的是要将原本液晶组件0°~5°输出的steering范围放大,由下图Fig.4可以看到我设计的一点初步结果,尽管其没有完全满足尺寸的constraints,但从中可说明光束的角度偏折放大的现象,约可以达到30°~45°的偏折,也就是说我的Angular Magnification可以达到6~9倍。

Fig. 4 100μm MLA design without thickness confinement

经过不断的光学仿真的参数修改与constraint的调整,将我模拟结果的微透镜系统在Matlab上建构,并且规划Diamond Tooling切削的刀路规划等,计算切割成本与所花费的时间等等。由于实验室的Diamond Tooling的切割行程表通常是非常满的,也有些外面厂商委托的案件,因此在加工我的组件时也稍微计算一下切削成本以及所需花费的时间,这也会跟使用不同大小刀具有所不同。由于我的结构尺度较小,所以相对地也花了比较长的时间,另外也要考虑基板要翻面进行双面加工,因此需要算好切割的时间来置换组件以及重新设定切削刀路等。这方面细部的刀路规划与切割的操作,是由到美国受过机台训练的教授Michael以及另一名实验室专业人员来进行。

Fig. 5 8x1 MLA surfaces with fillets

我加工的aspheric微透镜数组(MLA, Micro Lens Array)的profile在Fig.5中可以看到,这其中每个period间的部分,都有经过计算设计出圆角,让刀头切割不会有错误或是干涉到镜面所需保留的部分。而Diamond tooling机器可以在Fig.6中看到,这样的多轴精密加工机,甚至可以加工Free form optics。有趣的是,在加工之前,我还特地要去开技术会议,present我要加工的组件,提供尺寸等信息,向实验室另一位资深教授Prof. Heidi(EMSP计划负责人之一)、在BPHOT实验室熟悉Diamond Tooling的几位教授和专业人员报告,经过他们讨论,安排适合的时间,和使用适合的刀具和加工方式,相当特别。其实在光电所也修了几堂光学相关的课,也在光学桌上架过一些光路,但是没想到竟然可以从光学设计到透镜制作都自己来,也愈明白这其中有很多妙不可言与深不可测之处。

Fig. 6 Multi-axis capabilities and equipment of diamond tooling machining (DTM)

经过了两天机器不眠不休的加工,我的MLA终于大功告成,接下来教授就提醒我这个加工好的镜片有多贵,要好好保护它。经过了量测加工后透镜的基本信息,像是表面粗糙度与微透镜数组的表面轮廓探测等,确认加工后透镜合乎设计,就进入我研究最后一个重要步骤,那就是用这个透镜作量测实验,验证它能够实际偏折和模拟的情形一样。虽然实测结果和模拟有些小误差,但是这样的设计是可以达成我们所需要的扫描角度放大,可以达到约9倍的放大倍率。而其中的误差原因也是我论文探讨的部分。当然,要拿到EMSP这个学位,还需要把论文写出来并且参加Thesis defense。还记得论文期限的最后一、两个礼拜,才刚加工好透镜数组,在很短的时间内要把光路架好而且完成偏移角度的量测,写论文有几天都写到天亮,只好一边听着灭火器乐团的岛屿天光:「天色渐渐光,遮有一阵人,为了守护咱的梦,成做更加勇敢的人」来激励自己。

这个学期的课业重心都在研究上面,虽然不敢说自己做得好,但是也实实在在地完成了这个任务,增加了一些见识,及观察到在欧洲做研究的生活和态度等等,是我人生中一个很宝贵的经验、一段珍贵的时光。能够完成欧盟EMSP光电硕士学位,也再次谢谢台大光电所提供我这样的机会,能够到西方的学术环境进行研究。【精彩内容,下期待续~】

Fig. 7 论文与口试

Reference

[1] Optical Science Corporation, “Overview of Digital Micromirror Device, ” http://www.opticalsciences.com/dmd.html.”
[2] M. Douglass, “Lifetime Estimates and Unique Failure Mechanisms of the Digital Micromirror Device (DMD),” Proceedings of International Reliability Physics Symposium, pp. 9-16, 1998.
[3] X. Wang, D. Wilson, R. Muller, P. Maker, and D. Psaltis, “Liquid-Crystal Blazed-Grating Beam Deflector, ” Applied Optics, vol. 39, pp.6545-6555, Dec. 2000.

 

 

 

 
     
 
 

Suppression of Current Collapse in Enhancement Mode AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistors

Professor Jian-Jang Huang's laboratory

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 黄建璋教授

AlGaN/GaN high electron mobility transistors (HEMTs) for RF and power applications have been researched and developed for over 20 years now and have met/exceeded many of the goals initially pursued by its researchers. In recent years there is strong demand for GaN power devices on Si substrates. In this work, the phenomenon of current collapse of E-mode HEMTs with the p-GaN cap layer was studied with (device B) and without (device A) SiO2 passivation. By extracting normalized Ron of our devices at different gate stress, it is demonstrated that device B has less severe current collapse within the gate stress of -15V. QSCV indicates that donor-like traps in SiO2/GaN interface and within the SiO2 layer suppresses electrons on the epi-structure surface and within the p-GaN cap layer, thus maintaining the channel carriers and mitigating current collapse.

Fig. 1 (a) Illustration of the setup for current collapse measurement. (b) The waveform of the node VG and VD in the dynamic measurement. VDD is 40V in the test.

Fig. 2 Transient response of the dynamic measurement of (a) device A (without SiO2 passivation) and (b) device B (with SiO2 passivation) with the measurement duration 5µs. A longer measurement of 500µs was also performed and shown in (c) for device A and (d) for device B. The gate bias stress is 0, -5, -10 and -15V, and the post stress measurement is called “0V final”.

Fig. 3 Illustration of the carrier flows in the devices. (a) shows carrier trapping in device A while (b) is the case for device B. Carrier distributions at the off-state but under the gate stress bias are drawn in the left figures while the switched-on conditions are shown in the right.

 

Tunable Three-Leaf Trefoil-Type Corner Cube Retro-Reflector

Professor Jui-che Tsai

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 蔡睿哲教授

We have developed a three-leaf trefoil-type corner cube retro-reflector (CCR) fabricated with the MUMPs polysilicon surface micromachining process. Unlike other MEMS CCRs, this CCR’s opening faces straight upward as its (1, 1, 1) direction, i.e., the direction along which the retro-reflection efficiency is maximum, is perpendicular to the substrate’s surface (Fig. 1). Simulation results show that the orthogonality of CCR plays an important role in the optical performance of the CCR. Two CCRs leaning against each other to form a CCR pair are also demonstrated (Fig. 2), showing the feasibility of achieving a linear CCR array. With the ability to independently set the on-off state of each CCR by employing an electrostatically actuated gap-closing mirror as one of the three reflecting “leaves,” a CCR array can be used to realize optical identification.

Figure 1

Figure 2

© 2015 IEEE
Y. F. Chen, B. J. Yang, and J. C. Tsai, “Surface-micromachined MEMS tunable three-leaf trefoil-type corner cube retro-reflector for free-space optical applications,”
IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 21, No. 4, 2700907, Jul./Aug. 2015

 

     
 
 
论文题目:发光二极管光取出效率提升方式探讨与新式固态激光照明光源开发与应用

姓名:廖冠咏   指导教授:曾雪峰教授

 

摘要

本论文分为前后两部分,第一部份我们探讨提升发光二极管(LED)的光取出效率(LEE)的方式,探讨的范围包含LED芯片的内部微结构、LED芯片的表面粗化与LED封装的几何结构,经由这部分的研究,我们可以利用探讨的结果制作出更高光取出效率的发光二极管。

第二部分我们成功的利用可见光激光二极管(LD)结合荧光体产生出高辉度(luminance)的白光点光源,结合此高辉度点光源与我们设计的光机(light engine),我们成功的设计并开发制作出高准直性的投射性光源,并将结合并应用在车灯系统上。

最后,结合激光白光光源与微机电控制反射镜,我们提出在未来行车智慧照明上的可行应用概念以及光追迹(ray tracing)模拟结果。

图一、结合高效率LED与激光照明系统的车灯概念示意

图二、LED+LD车灯实际投射到屏幕上的结果

 

论文题目:Toward Fully Solution-Processed Organic Photovoltaics: Spectroscopic Studies on Electronic Structures for Organic Solar Cells with Graphene Electrodes

姓名:张然凯   指导教授:吴志毅教授


摘要

本研究探讨有机体异质接口(Organic bulk-heterojunction)太阳电池中能阶排列(Band alignment)对开路电压之影响与机制。透过修饰其内部各分界面之性质,减少光生载子于内部传输时的能量损耗来提升光电转换效率,从能量角度归纳出组件构型与材料选用之参考准则,藉此规划组件结构达到适当之能阶匹配;工程上成功地结合了能阶调变后的组件结构与石墨烯(Graphene),有效地将石墨烯薄膜作为透明导电阴极与阳极并转印至有机物质之上,开发出高效率之半透明有机太阳电池,并达到全溶液制程而降低时间成本与制程开销,增添了大面积制备之可能性,提供了可与建筑、外观整合的崭新应用。

图一、使用石墨烯电极之半透明有机太阳电池双向皆可产生绿能(Bifacial green power generation)

图二、可发展为绿能窗之半透明太阳电池实际外观

 

 
 
 

— 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、林暐杰 —

眼睛能告诉你的事

人的瞳孔是圆的,动物瞳孔形状则是各异的。山羊、绵羊、马、家猫和许多其它动物的瞳孔在昏暗的灯光下为圆形,在明亮光线下为细缝或矩形。该假设是,细长瞳孔允许更有效地控制光线进入眼睛的量。拿家用的猫举例:从完全扩张到完全收缩,它的瞳孔可以通过135倍变化的光;而人的瞳孔改变只有15倍变化。瞳孔扩张和收缩对动物活跃在白天和夜晚非常有帮助,尤其在低照度条件下允许更好的视野。然而这一假说并不能解释:为什么有些物种的瞳孔方向是垂直有些物种是水平?
 

图一 (A) 不同的的瞳孔形状。从上至下:家猫的竖缝的瞳孔,猞猁的垂直细长(近圆形)的瞳孔,人的圆形的瞳孔,与国内羊水平的瞳孔。(B) 瞳孔形状的功能对应于觅食模式与昼夜活动。垂直轴是光瞳形状〔竖直细长,近环形(但垂直方向上拉长)、圆形、或水平方向拉长〕;水平轴是觅食模式〔食草猎物、活性捕食者、或伏击捕食〕。每个点代表一个物种。颜色代表昼夜活动:黄色、红色和蓝色分别代表日间、多相和夜间。在每个分区中的点被随机偏移以避免重迭。

你有没有想过,为什么狐狸和家猫有垂直细长的瞳孔;而相比之下,绵羊、马、鹿等动物的瞳孔的横向较细长呢?如果细长瞳孔的唯一原因是为了控制光进入眼睛的量,其方向就不会是重要的。

马丁.班克斯和他来自美国加州大学柏克莱分校和英国杜伦大学的同事,在最近的一项研究中定量地揭示了动物的不同瞳孔形状背后的物理意义(Sci. Adv. 1, e1500391; 2015)。他们的工作主要集中在哺乳动物和蛇的垂直和水平瞳孔之视觉好处。

达勒姆大学的Gordon Love说:「在这项工作中有三个主要的研究结果。」首先在于动物是否为猎物或捕食者(特点是白天活动的时间)与瞳孔形状有着强相关。Gordon Love解释说:「虽然这之前已经讨论过,但我们证明其间的统计关系。横向细长的瞳孔很容易发生在猎物的眼睛,位于牠们的头两侧;而垂直细长的瞳孔是容易发生在昼夜间活跃的掠食者。」第二,横向细长的瞳孔视力辅助全景式地面上,可以帮助侦测接近的天敌和跨越崎岖的地形上。第三,垂直细长的瞳孔有助于深度知觉藉由允许立体视觉和模糊以一个更互补的方式工作。

Gordon Love说:「针对水平细长瞳孔的假说之前已经被描述过,但从来没有量化。在此我们展示这个想法是有效的,藉由建构眼睛模型基于国产羊并检查当瞳孔沿不同轴伸长或不伸长会发生什么现象。」「针对垂直细长瞳孔的假说是新颖的,我们再次展示这个想法是藉由建构眼睛模型和检查瞳孔方向如何影响在视网膜图像的模糊程度。」

Gordon Love告诉Nature Photonics期刊说:「这是典型的纯科学,试图了解大自然如何工作!」在自然界,还有一些无法解释的瞳孔形状与现象,了解所有的各种变化是未来有趣的挑战。
 

参考资料:

1. Rachel Won, Nature Photonics 9, 640(2015)

doi:10.1038/nphoton.2015.187 Published online 29 September 2015
2. Banks, Martin S., et al. "Why do animal eyes have pupils of different shapes?" Science advances 1.7 (2015): e1500391.

   
 
 
 
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