第161期 2020年4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:2020.04.30
 
 
     

~ 與南京大學(Nanjing University)博士生交流活動 2019  系列報導 ~

【2019 第十二屆海峽兩岸光電科技博士生論壇】

(時間:108年11月18日至11月22日;地點:南京大學

【之五】

撰文:光電所博士班 黃智偉

這次的行程,首先是兩天的博士生研究交流,再來是文化參訪,最後一天把重點擺在南京古都的特色,遊秦淮河畔的夫子廟。不得不說南京真的是非常有特色的古都,歷史非常久遠,有點類似台南,但是歲月更是長久。既然南京是古都,我對南京大學的校區就充滿著好奇,是不是也一樣充滿歷史的味道呢?

因為我就讀的國小就是有古蹟的學校,整個風格是日治時期的味道,小時候在這樣的環境下成長,我非常期待南京大學帶來不一樣的古蹟風情,果然不負我的期待,可以感受整間學校沉浸在歷史裡,在那個時刻身為臺大學生的我有點羨慕南大的學生,彷彿自己化身一介書生。

短暫地走過校園,緊接著我們來到一個國家研究院級別的實驗區域,參觀南京大學學生的研究室。一開始老師們跟我們介紹貼在外面的海報,述說它們研究的內容,例如:量子糾纏、非線性光學、全固態雷射等等,由於我的研究領域不是在此方面,所以聽得一知半解,但是秉持著好奇心,依然認真地聽著老師們解說,盡力地去吸收,嘗試著去理解。聽完老師們的簡單介紹,我們進到了他們主要研究的空間,雖然不是無塵室,但是仍然要經過風淋室,盡量把全身的灰塵清掉,因為一整個實驗空間充滿著光學元件,加上他們大部分是做量子光學,所以盡量排出灰塵,避免灰塵影響到他們的實驗結果,從這個環節就可以看出來南京大學的謹慎,這也是值得我們仿效的優點。

 第一間我們來到由祝世寧院士領軍的「介電體超晶格實驗室」進行參訪,並由龔彥曉教授進行說明與介紹。該實驗室著重在研究介電材料的線性、非線性光學效應、壓電效應、聲光效應等不同的物理效應,並透過對結構的設計與控制,實現對光、聲的頻率、強度、相位、偏振、傳播方向等進行轉換,調製操縱。他們也對量子領域投入蠻大的心力,例如上圖中這台無人機就是用來實現利用量子糾纏達到量子通訊的工具,理論結合實作真的非常有趣且實在。第二間參訪的是王振林副校長領軍的「奈米光子實驗室」,該實驗室著重研究光子晶體、表面等離激元、微奈米結構材料製備和性能與光和受限體系的強耦合效應等,我比較印象深刻的是他們為了幫合作對象量測,進而自己架設專屬的量測架構,且得到非常好的結果,因此該實驗室研究成果豐碩,於國際重要學術刊物上發表論文80餘篇,所發表論文被引用800餘次,並獲得14項國家發明專利授權。

 我很開心能夠參加這次臺灣大學與南京大學博士生論壇,不管是學術或者文化上的交流,都受益良多。針對實驗室部分,真的覺得他們的資源非常多,從跟南京大學學生的談話過程中,可以知道他們不用擔心資源不足的問題,只要專心在自己的研究上。另外其實驗室特色的規劃,讓人覺得分配得相當完善,地下一樓為共用製程設備供同單位使用,其他樓層為各個不同的檢測、分析內容的實驗室,這樣的規劃可以減去購買重複設備資源的浪費,其資源的整合更能購買更貴重的儀器設施,此部份相當值得學習。

 

【之六】

撰文:光電所碩士班 倪嘉均

我在這次的兩岸交流論壇上認識了許多南京大學的教授和同學。在抵達南京時就感受到了南京大學師生的熱情,在四度低溫的天氣下,接到從大陸同學手中遞上的溫暖柚子茶,我想我與南京大學師生之間的溫暖情誼就此展開。

在這次的論壇中,我們雙方皆在學術的報告中有許多精采的表現,在台下的我們聽得意猶未盡之餘也有許多的疑問,利用中場休息的茶會,我們互相討論了彼此的研究,藉由這種方式讓我們在學術的認識更加寬廣,除了在實驗上的知識,對理論也有了更深的了解,其中我就對拓譜、光子晶體、光子糾纏以及量子通訊有了更深的理解。在一天的會議結束時,我們與南京大學的同學一同參加了晚宴,首先看到的是南京當地的菜餚,與南京同學請教之下了解南京的鴨肉是南京最著名的美食之一。我們也討論了兩岸的文化差異,發現了大陸學生從小接受的唯物主義、無神論等宗教觀念與我們有著重大的差別,使得他們對宗教有相當的排斥,同時我也體驗了大陸的餐桌文化以及敬酒文化,還好酒量還不錯的我在一番敬酒後仍撐下來走回房間休息。

這次的交流論壇除了有學術的討論外還有文化的參訪,我記得最令人印象深刻的是在南京的街頭上掛滿了標語,在廣告的花費上跟台灣的政黨相比真是有過之而無不及,在充滿五星旗及紅色標語的街道上參觀著南京的歷史建築真是別有一番風味。我一邊參訪一邊與大陸的同學討論著彼此未來的發展,其中發現到南京的同學大多是大學畢業直接攻讀博士班,使得博士班的人數眾多,與台灣漸漸減少的博士班人數剛好相反,看來大陸學生喜愛念書的人數相當多,令人佩服。除了參觀歷史建築,我們也參觀了自然風景區,在遠離城市喧囂的竹林裡享受清新的空氣與芬多精使我的頭腦格外清楚,與大陸同學的學術討論更加熱絡,大陸同學的知識量令我驚嘆,讓我感受到了自己的不足也督促著我要更加努力。

在這五天四夜的交流中,我學習到許多事情,體驗了不同的文化,認識了不一樣的朋友。由於電子支付的高度盛行,我第一次拿著鈔票訝異地看著大陸店員不想收下的表情,第一次與大陸同學討論民主的好壞,認識我們成長背景的不同,這真是令人難忘的一次交流。感謝促成交流的老師們,也感謝細心照顧我們的大陸朋友,讓我認識不一樣的中國大陸。

 

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 ~

【之五】

撰文:光電所碩士班 孟慶棠

異國同學的友誼(一)

在比利時留學的這一年,我很榮幸結交到許多來自不同國家的朋友,有些朋友是在宿舍認識,有些則是參加活動認識,而有些則是意外地偶遇認識的。在歐洲平常的休閒娛樂很簡單,像是與朋友野餐、運動或是做飯等,常常需要尋找生活中的樂趣,才能生活得很自在,不然很快就會覺得相比台灣真的蠻乏味的。也許也是因為這樣,朋友的價值與意義顯得更為重要,朋友之間的友誼更為珍貴。

初來到根特就學時,EMSP便在VUB舉辦一個kick-off event,算是這一年留學之旅的序章,承辦人與教授們會介紹EMSP學程內容以及現場會有互動式的活動,非常有趣!中午還有精緻的餐點供大家享用(如圖二),這也算是第一次體會到歐洲餐會的文化,大家開心地聊天、認識彼此,這一餐我覺得是這一整年最美味的佳餚。

 圖一、與EMSP同學們合影

 圖二

當我的生日即將到來時,我與我的歐洲朋友討論各個國家對於慶生的文化,他們很堅定地說會幫我辦一個「歐洲式」的慶生。起初,我抱持著懷疑的態度,想著慶生不就是大家一起去餐廳聚餐或者是一起到外面逛逛,但同時也很好奇到底在歐洲會是如何慶生呢?在我生日的當天,他們秘密地準備了我最喜歡的西班牙烘蛋、Sangria、義大利麵等,同時也邀請我所有的朋友一同前來並一起給我一個大大的驚喜。當時我真的是驚訝到說不出話來,之後他們還特地準備了巧克力蛋糕、生日祝福卡與禮物!這一次難忘的歐洲式慶生,讓我體會到在異國朋友的陪伴下,就算是簡單的活動或是短暫的相聚,都可以帶給我莫大的快樂與滿足。

圖三、My European birthday party

由於在根特大學求學壓力非常重,因此平日基本上還是以讀書為主,假日也只能自己找些活動參與,或是與朋友一起籌畫活動,我覺得如何在課業與生活取得平衡也是我這一年所學習的收穫。有時候我會參與ESN的活動,像是萬聖節派對、科隆聖誕市集一日遊、International dinner、Carnival of Aalst、White T-shirt party等,在這些活動當中可以認識許多國際學生,且由於這是學生組織所承辦,花費上相對較划算且安全。在歐洲,主人下廚邀請朋友來他家作客的文化,常常也是生活中的一大樂趣!我覺得透過這種文化可以拉近朋友與朋友間的距離,同時也可以認識新朋友。

 圖四、Buddy meeting

 圖五、Curry pork dinner

我們宿舍的廚房常常也創造了無數的愉快時光。有一次,我突然心血來潮想說台灣珍珠奶茶聞名於國際,不妨和我的朋友一起來研究吧!殊不知光是幾個步驟就把我們搞得暈頭轉向,猶記得我們花了兩個小時才簡單生產出一杯珍奶。還有一次當時間接近冬至時,我便辦了一個湯圓party,與朋友一邊吃著紅豆湯圓,一邊聊起各自的文化習俗,我想我這個國民外交應該是做得不錯吧!

 圖六、Our first bubble tea

 圖七、Tangyuan party

上學期結束後,我們有一個禮拜的假期且剛好農曆過年也在這段假期之中,由於過年是中華文化最盛大的節慶,所以我便籌畫今年要辦個不一樣的新年,讓我的外國朋友體會一下。過年那一天,我們一起寫春聯、素描與彩繪吉祥物,來佈置我們的廚房。另外晚餐時我們也準備了超級豐盛的火鍋、台灣小吃、甜點、水果一起享用。之後,還有一起玩撲克牌、唱歌、放鞭炮等,能讓我的朋友們盡情地體會中華文化並快樂地享受這段美好時光,也是我人生當中一個特別難忘的回憶。【精彩內容,下期待續~】

圖八、Chinese New Year party

 

 

 

 
     
 
 

 

Optical Responses and Chirps of Transistor Lasers

Professor Chao-Hsin Wu

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 吳肇欣教授

Transistor laser (TL) is a novel three-port dual electrical and optical transmitter based on heterojunction bipolar transistor (HBT). Reversed bias in the BC junction causing Franz-Keldysh (F-K) effect acts as the internal electro-absorption modulator which is also called the intracavity photon-assisted tunneling (ICPAT). Therefore, transistor lasers can be modulated by both base current injection and the voltage of BC junction. We study the frequency responses of the base current modulation and BC voltage modulation of TLs by introducing the ICPAT into laser rate equations. Furthermore, we modify the small-signal model of HBT with the addition current caused by the F-K absorption (Fig. 1(a)). Then, we simulate the optical frequency responses [J. Appl. Phys. 125, 023105 (2019)]. Beside the amplitude modulation, chirp is also important in the optical communication of lasers. We study the small-signal chirping of the voltage modulation of TLs which is different from the diode laser. The frequency shift of the Gaussian pulse is neither positive nor negative chirp. Thus, the pulse can be compressed regardless of dispersion type of the fiber [Opt. Lett. 44, 2109 (2019)].

 

Fig. 1. (a) The small-signal T model of transistor lasers (b) The optical frequency responses under common-base collector input.

 

 Fig. 2. (a) Chirp of the Gaussian pulse from TL (b) Pulse compression in the fiber.

 

     
 
 

— 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 —

積體化光學天線

光學的八木宇田天線是一種仿傳統八木宇田天線的奈米級設計(傳統八木宇田天線是一種過去在世界各地的屋頂上看得到的著名無線電波電視天線),是未來在晶片上光學數據通信應用的有用光源。八木宇田天線由反射器、主動式饋送訊號元件和導向器組成,是高度定向的電磁波發射器。但是,迄今為止,光學版本的實驗都依賴於使用單獨與龐大的光源為天線饋送訊號,因此最好能夠使用完全積體化的微型系統來達成。

現在,德國維爾茨堡大學的René Kullock和他的同事已經達成上述結果,並開發了一種電驅動積體化系統,可定向發射紅外光,其系統係為在玻璃基板上扭結的連接器和三個導向器(如圖一)。放大的饋送信號元件,顯示突出粒子放置於天線臂頂部形成的對稱隧道間隙(如圖二)(Nat. Commun., 11, 115; 2020)。

圖一、電驅動積體化系統

圖二、饋送訊號元件的放大圖

他們透過對化學成長的單晶金微片進行聚焦離子束蝕刻,將天線製作在玻璃板上。且透過數值模擬決定反射器,饋送訊號元件和導向器的尺寸和位置,使得對於830 nm左右的光源訊號,其前向輻射對後向輻射之比率得以提高。饋送訊號元件中間有約25 nm的間隙透過扭結金線電性連接,以避免光場干擾。

放置單個金顆粒的天線饋電間隙上,透過天線增強的電子非彈性穿隧效應,產生了約位於830 nm的寬光譜。為了將一個顆粒精確地放置到天線間隙中,德國科學家採用了反饋控制的單粒子介電泳,將含有金顆粒的水滴放在天線結構的頂部,交流電信號用於將單個金顆粒推移到場梯度最大的區域,亦即饋電間隙。

透過施加達到1.8 V直流電壓來測量天線的電致發光,並透過高數值孔徑物鏡收集發射的光。為了實驗上估計前向輻射對後向輻射之比率,通過後焦平面成像記錄了各種天線的電致發光發射圖並進行了計算。估計獲得的前向輻射對後向輻射之比率在6.5–9.1 dB的範圍內,相當於八木宇田天線在射頻波的對應比率。

Kullock總結道:「這項工作為光學晶片上數據通信打好了基礎,這種通信不受焦耳加熱的限制,而且還為奈米級感測和計量學以及發光器件的進階光學管理鋪平了道路。」

 

 

參考資料:

[1] Noriaki Horiuchi, “Integrated optical antenna,” Nature Photonics volume 14,134 (2020)

https://www.nature.com/articles/s41566-020-0594-0

DOI: 10.1038/ s41566-020-0594-0

[2] René Kullock, Maximilian Ochs, Philipp Grimm , Monika Emmerling and Bert Hecht, “Electrically-driven Yagi-Uda antennas for light” Nature Communications 11, 115 (2020)

https://www.nature.com/articles/s41467-019-14011-6

DOI: 10.1038/s41467-019-14011-6

   
 
 
 
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