第155期 2019年9月刊
 
 
 
發行人:黃建璋所長  編輯委員:曾雪峰教授  主編:林筱文  發行日期:2019.09.30
 
 

光電所參與歐盟 European Master of Science in Photonics (EMSP) 碩士雙學位計畫  系列報導 ~

【之八】

撰文:光電所碩士班 黃郁庭

相信大家從小就聽過學校安排的無數演講,而在我國中時我記得有位講者和我們說:「今天我說的你全部都可以忘記,但請記住這句話,一定要出國念書看看。」這句話讓我從當時起就想著,以後有機會的話,我也想去看看國外的世界,並體驗當地的生活。

所以大家不妨出國前好好想一下,自己出國的動力是什麼,以及要預先做好的準備。如果你出國是為了體驗國外的風土民情,那麼選擇當交換學生相較之下課業壓力輕鬆很多,有更多時間可以安排休閒娛樂。因為EMSP的學分我覺得要求很紮實,要在有限的時間內修課和寫論文,並挪出時間去旅遊其實不是容易的事情。但相對的,如果你想要拿取國外的碩士學位,用來幫助自己的就業,這就是很好的途徑。

有一個能被承認的國外學歷,對於將來無論在台灣或是國外的就業,都有一定程度的幫助。老實說我覺得在國外的論文題目內容並沒有非常重要,比較要緊的是你在截然不同的環境下所學到的態度,而且我覺得這是當交換學生無法體會到的。在比利時的實驗室裡面,他們已經將研究生視為工作夥伴,所以會對你有比較高的標準與要求,犯錯的寬容度也低很多。

除了在研究室外,和外國朋友相處也是某種文化刺激,像他們的教育制度和台灣相差甚大。我們從小就不斷補習,接受填鴨式教育就為了進入好大學,許多人念大學卻不知道自己想要什麼,進而開始鬆懈;但比利時的教育是漸進式的,小學生下午兩、三點就回家了,因此許多人會去參加俱樂部,像是踢足球、或學音樂,也有人騎馬、玩童軍,這點讓我很羨慕。而他們直到大學課業壓力才加重,因此反而同學都很認真,不太會蹺課。

出國前我的人生規劃很簡單,找一間穩定的科技公司做到老,但現在的我在一間比利時外商上班,反而覺得不太習慣封閉的台商環境。說實話,人都有惰性且慣於安逸,往往在一個貌似還可以、得過且過的環境就容易陷下去,而我也是個很懶惰的人。不過出國後才發現世界很大,如果沒有多接觸到其他東西實在太可惜了!我覺得在國外求學這段歲月,給了我很大的勇氣跳脫舒適圈,回首過去,依然不後悔自己的決定。

因為現在在比利時外商上班,順便分享一下他們的文化,基本上辦公室的工作強度蠻強的,但隨時都可以跟同事或老闆聊天,沒有很明顯的上下階級,總之大家不是在埋首工作、開會,不然就是在聊天,基本上不會看到有人耍廢偷逛網拍或是玩手機之類的行為,我個人是很贊同利用聊天來紓壓這種行為,社交溝通手腕在公司非常重要,總而言之是非常不同的經驗!【全文完】

 

 

 
     
 
 

High Efficiency Laser Phosphor Lighting with Diffractive Optical Elements design for Beam Shaping

Professor Hoang-Yan Lin

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 林晃巖教授

The ways for creating an efficient white light source are developed with challenges since several years ago. In solid-state lighting (SSL), laser diodes (LDs) offer a better efficiency at high power density applications compared to other lighting sources, such as, light emitting diode and organic light emitting devices. Therefore, the hot spot on phosphor plate which is produced by laser beam, critically influence the performance of laser phosphor lighting systems. Diffractive optical element (DOE) was introduced to homogenize the optical beam from LDs. Design of a DOE for beam shaping with uniform illumination has been widely employed for several applications, such as, laser cutting, laser drilling, and material ablation, etc.

In such uniform illumination processing, strong zero-order patterns frequently arise owing to the manufacturing error, which drastically reduces the uniformity of the diffraction pattern. Some methods for zero-order suppression have been reported, e.g., adjusting the amplitude and phase profiles by using a spatial light modulator (SLM) and using an off-axis system or additional elements. Estimation of the manufacturing error is indispensable for numerically calculating the phase profile of transmission functions of DOEs. By taking a simulated algorithm of laser beam shaping, the optical properties for the laser phosphor lighting system are improved with a beam shaping DOE.

The method we propose in this paper provides a high-power conversion efficiency for high power density laser lighting system. This approach might be beneficial for enhancing the lifetime and efficiency of the phosphor plate, which are hampered by the thermal issue due to hot spot from laser focusing, and improving the performance of laser phosphor lighting systems.

Fig. 1.Radiation spectra of laser phosphor lighting system with laser optical power of 2W (a) without DOE beam shaping (b) with DOE beam shaping.

Ref. Min-Chian Wu, Yao Lee, Hoang Yan Lin, Chih-Hsuan Tsuei, Chih-Sheng Jao, Kuo-Hsiang Chien, High Efficiency Laser Phosphor Lighting with Diffractive Optical Elements design for Beam Shaping, SID 2019. 

 

A New Analytic Formula for Minority Carrier Decay Length Extraction from Scanning Photocurrent Profiles in Ohmic-Contact Nanowire Devices

Professor Ming-Hua Maos Laboratory

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 毛明華教授

Spatially resolved current measurements such as scanning photocurrent microscopy (SPCM) as shown in Fig. 1(a) have been extensively applied to investigate carrier transport properties in semiconductor nanowires. In this work, we derive an analytic formula for scanning photocurrent profiles in widely used ohmic-contact nanowire devices where the common assumption of carrier diffusion dominance is invalid. Under uniform applied electric fields, weak optical excitation, and the influence of photo-carrier-induced electric field, the scanning photocurrent profile and the carrier spatial distribution strikingly do not share the same functional form. Instead, a surprising new analytic relation between the scanning photocurrent profile and the minority carrier decay length was established. Figure 1(b) shows the calculated scanning photocurrent profiles using analytical model and numerical simulation. The analytic formula is applied in SPCM experiments for an n-InAs nanowire, where electric-field-dependent decay length is found as shown in Fig. 1(c,d).This analytic formula provides a new fitting method for SPCM profiles to correctly determine the minority carrier decay length, which allows us to quantitatively evaluate the performance of nanowire-based devices. This work has been published: Chu, C.-H., Mao, M.-H., Yang, C.-W. and Lin, H.-H.,Scientific Reports 9, 9426, (2019). doi:10.1038/s41598-019-46020-2

Fig. 1. (a) Schematic of a typical SPCM setup. (b) Calculated scanning photocurrent profiles using analytical model and numerical simulation. (c) Measured scanning photocurrent profiles with varied applied electric field. (d) The fitted and corrected hole decay lengths from the measured scanning photocurrent profiles as a function of the applied electric field.

     
 
 
論文題目:以廣義高斯常數使用於深紫外光學微影之成像與照明系統設計

姓名:蕭立人   指導教授:林晃巖教授

 

摘要

此研究的主要目的為開發及系統化極紫外光波段之光刻機之成像及照明系統的設計。光刻為一系列頗複雜的流程的組合。其中,最為關鍵的部分之一為曝光這一步驟。曝光機的成像品質,於其成品的製程密度與解析度甚至於此製成的生產效率中間,存在直接的影響與關係。然而,曝光機之光學系統特性,及其參數之間,存在著許多複雜且繁瑣之關係,導致於此光學系統不易分系,也不易設計。因此,此研究最為核心的目的,為研究及開發某一系統化之分析方法,以達到簡化此光學系統之設計之目的。此研究核心之關鍵,為將廣義高斯常數應用於光刻機之分析及設計上。通過廣義高斯常數,眾多複雜且繁瑣之光學特性及光學系統之間之聯繫能以之表達及簡化,而將所有關係結合並簡化後,從中所導出之數學關係式可用於與商用光學設計軟體之結合,以達到幫助分析及設計簡化。圖一為將之簡化後所得之簡易MonteCarlo優化演算法。廣義高斯常數之最初用途為變焦光學系統之分析及設計,其中通常有複數多件光學元件所組成之組合,及其為配合不同使用狀況而改變位置及光學特性。而將之強大分析能力應用於極紫外光刻機之分析及設計為此研究之重要關鍵之一。圖二為此研究之成果之一為某一 0.4 數值孔徑之極紫外光刻機之反射式成像光學系統之分析與設計,以及其照明光學系統之分析與設計。

 圖一

 

 圖二

 


 
 
 

— 資料提供:影像顯示科技知識平台 (DTKP, Display Technology Knowledge Platform) —

— 整理:林晃巖教授、吳昕妤 —

混沌的啟發

混沌控制理論可以為同步加速器提供新的運行方式的機會,並提高穩定性和強度。這是來自里爾大學的法國科學家團隊和巴黎附近的SOLEIL同步加速器系統機構(如圖一)的發現。Clement Evain及其同事報告說,20世紀90年代由馬里蘭大學的Edward Ott,Celso Grebogi和James Yorke開發的混沌控制理論可用以穩定在本質上不穩定的兆赫茲同步輻射(Nat. Phys., https:// doi .org / 10.1038 / s41567-019-0488-6; 2019)。

 

圖一、SOLEIL同步加速器系統

同步加速器是大規模的光源,利用在儲存環(如圖二)中循環的相對論電子束發出的輻射。它們的高亮度,短脈衝持續時間和可調諧性質(光子發射能量可以從兆赫茲頻率到硬X射線),使它們成為生物學,材料科學和物理學研究中非常有用的電磁輻射源。

圖二、同步加速器設施的的儲存環與輻射示意圖

多年來已經知道,電子電荷密度的不穩定微結構模式,可以在儲存環內自發形成並且導致兆赫茲發射的瞬時突發,其比一般時強大了好幾個數量級。然而,這些微結構所引起的不規則性和不穩定性使得它們不利於實際應用。

 法國團隊的創新之處在於他們已經證明,受混沌控制啟發的反饋方案可用於穩定這些微結構及其兆赫茲發射,從而使系統能夠在其他不穩定的解決方案中運行。該團隊使用快速測輻射熱計(1μs響應時間)來測量SOLEIL發射的同調兆赫茲輻射功率的波動。然後計算用於調制注入到SOLEIL的加速腔之一中的輻射頻率波的振幅的合適控制信號,並用於修改電子束長度,並減輕爆破行為。結果是,在幾毫秒內,兆赫茲功率得以穩定。發現輻射頻率信號強度小於0.3%的修改足以將兆赫茲輸出的波動減小40dB以上。

 

 

參考資料:

[1] Oliver Graydon, “Inspired by chaos,” Nature Photonics 13, 375 (2019)

https://www.nature.com/articles/s41566-019-0455-x

DOI: 10.1038/s41566-019-0455-x

[2] C. Evain, C. Szwaj, E. Roussel, J. Rodriguez, M. Le Parquier, M.-A. Tordeux, F. Ribeiro, M. Labat, N. Hubert, J.-B. Brubach, P. Roy & S. Bielawski, “Stable coherent terahertz synchrotron radiation from controlled relativistic electron bunches,” Nature Physics 15, 635–639 (2019)

https://www.nature.com/articles/s41567-019-0488-6

DOI: 10.1038/s41567-019-0488-6

   
 
 
 
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