第四十三期 2009年6月刊
 
 
 
發行人:黃升龍所長  編輯委員:蔡睿哲教授  主編:林筱文  發行日期:2009.06.10
 
 

  2009第一屆微結構攝影競賽開跑囉!

光電所第一屆微結構攝影競賽開跑囉!透過本次競賽,希望大家能盡情發揮想像力,從不同的取景角度去觀察、感受微結構之美,並透過成像技術為光電科技留下令人驚豔的影像記錄!報名投稿日期自98年6月1日起至7月15日止,歡迎有興趣參與之師長同學立即參閱活動網址:http://gipo.ntu.edu.tw/submit/photograph

  光電所98年暑期大學生光電營即日起接受報名~

光電所第三屆暑期大學生光電營即將在今年暑假熱烈展開!經由精彩的講演及深度的參觀等活動,揭開光電世界的神秘面紗,讓同學們更瞭解台灣光電產業豐富熱鬧的多元樣貌。想瞭解當中更多精彩內在,就待您親自前來挖寶體驗!光電營招生對象為理、工、電資學院二升三及三升四年級同學,名額僅限40名,活動全程免費,並提供講義點,敬請把握機會報名!歡迎有興趣參與之同學詳閱光電所首頁活動說明:http://gipo.ntu.edu.tw

 

 
 
5月份「光電論壇」演講花絮
時間: 98年5月1日(星期五)下午2點30分
講者: Prof. Gavin Conibeer (University of New South Wales, Australia)
講題: Third Generation Photovoltaics
 

Prof. Gavin Conibeer於98年5月1日(星期五)蒞臨本所訪問,並於電機二館105室發表演說,講題為「Third Generation Photovoltaics」,本所教師及學生皆熱烈參與演講活動,獲益良多。

會議名稱: 顯示照明太陽能光電研討會(Workshop on Display, Lighting, and Solar Cell Optoelectronics Technologies)
時間: 98年5月8日(星期五)上午10點 ~ 下午5點50分
講者: 孫健仁副組長(工研院電光所)、黃建璋教授(台灣大學光電所)、蘇國棟教授(台灣大學光電所)、林晃巖教授(台灣大學光電所)、林清富教授(台灣大學光電所)、藍崇文主任(工研院太電中心)
主持人: 楊志忠教授、張宏鈞教授、黃建璋教授、彭隆瀚教授
出席人數: 校外人士95人、光電所學生60人
地點: 台灣大學博理館101演講廳
 

由本所楊志忠教授策劃舉辦之「顯示照明太陽能光電研討會(Workshop on Display, Lighting, and Solar Cell Optoelectronics Technologies)」於5月8日假博理館101演講廳舉行,此會議特別邀請工研院太電中心的藍崇文主任以及工研院電光所的孫健仁副組長蒞臨,此外尚有本所四位教授(林清富教授、林晃巖教授、蘇國棟教授、黃建璋教授)共同參與,而各界報名參加的人士亦相當踴躍,與會者除本所同學及教師之外,還包括產業界主管及研發人員、各校教師、碩博班研究生,與研究單位人士等。這次會議不僅讓本所教師、同學對此領域的現況有進一步瞭解,同時也更能掌握未來發展的方向。

 

 
 

~ 李遠哲院士(前中央研究院院長)來訪座談及演講  花絮報導 ~

( 時間:98515日;地點:臺灣大學博理館7F會議室及101演講廳 )

本所於去年9月專訪諾貝爾化學獎得主、前中研院院長李遠哲院士時,為了讓更多光電所的同學也能有機會近距離與李院士接觸,特別邀請李院士撥冗前來本所光電論壇發表演說,與同學們分享他的研究心得,當場也得到李院士的爽快首肯。在確認李院士的行程後,最終敲定於今年5月15日邀請李院士來訪光電所。

由於李院士抽空來訪的機會難得,在演講之前,我們先安排在中午的用餐時間,讓本所教授與李院士在博理館七樓會議室進行一場輕鬆的座談。當天中午本所教授們出席踴躍,共有16位教師參與本次座談;我們也邀請了電機資訊學院的貝蘇章院長蒞臨致詞,為座談揭開序幕。在座談會中,老師們提出了各式各樣的問題,請李院士分享他個人的經驗,舉凡專注研究與考量升等之間的兩難、研究與家庭難以兼顧的困擾等話題,李院士都能侃侃而談,分享他的想法與閱歷,提供在場教授們參考。一小時半的座談會就在和諧愉快的氣氛下很快地接近尾聲,主客之間似乎都頗有意猶未盡之感。

本所教師與李遠哲院士於座談會後合影

下午2時30分的光電論壇,假博理館101演講廳舉行;此次演講吸引許多本院師生參與,開場前半小時很快便座無虛席。李院士本次演講主題為「我的研究生涯」,在本所黃升龍所長簡短致詞之後,李院士就與在場師生們暢談他數十年研究生涯的點滴與心得。從大四寫作畢業論文為起點,李院士憑藉著一股燃燒至今的求知欲望,在求學過程中學習著如何解決問題、如何找到自己的方向,一步步地走向研究生涯的高峰。在諾貝爾化學獎的殊榮之外,讓李院士更覺雀躍的,其實是研究走在世界前端的滿足感。演講內容告一段落後,針對聽眾們五花八門的提問,李院士跟在場老師們分享了如何培養學生的心得,也勉勵在場同學,除了熱忱的探究心、好奇心,及長時間的專注之外,對很多事抱持著「應該有更好的辦法」的質疑,對個人在科學研究上的進展,會有相當大的助益。

二小時的演講最後在熱烈的掌聲中落幕了。藉由此次李院士百忙之中來訪本所的難得機會,我們聽到了李院士在研究方面的投入,也感受到了李院士在科學研究以外事務多面向的關注,相信在場的每個人,都從中得到了相當多的激盪,對自己的現況,也能提供不一樣的省思與啟發。

李遠哲院士於本所光電論壇暢談研究生涯點滴

【~李遠哲院士光電論壇演講錄影,近期內將於光電所網頁線上講壇精彩重現,敬請期待~

【~2008年9月11日李遠哲院士專訪,詳見2009年3月4月5月光電所所訊 ~

 

 

~ 與韓國首爾國立大學(Seoul National University)博士生交流活動 2008  系列報導 ~

The 3rd National Taiwan University-Seoul National University Student Workshop 2008

on Photonic Materials and Devices

(時間:97年12月14日至12月19日;地點:韓國首爾國立大學

【之九】

撰文:光電所博士班學生林政宏

隨著一次又一次的行前會議結束,出訪首爾國立大學的腳步也就越加接近。回想起行前會議中的種種叮嚀,譬如韓國人吃飯喝酒的禮節、對長輩平輩的禮儀規範…等等,出發之前心裡透著些許緊張與不安。直到到達韓國仁川機場後,見到對方代表熱情地前來接機,加上接下來四天行程的接觸與認識,才發現之前都多慮了!其實韓國人是很隨和好客的,跟大多數東方民族一樣比較害羞,開始接觸時,總會有一段尷尬時期,但較為熟識後大家也就熱絡了起來,從學業、運動到經濟情勢乃至於日常生活都能聊得盡興。四天的行程很快就到了尾聲,離開首爾大學前,韓國方面的成員在早晨極低溫的氣候下一個個趕來,在我們前往仁川機場的巴士旁跟我們揮手道別。這時我的心情是喜悅感動的,因為遠在韓國還有一群這樣善良的朋友。我感覺非常幸運能參加此交流活動,不僅僅是認識了韓國的研究生,透過了解他們的生活文化歷史背景,增進我的視野與經歷,也了解到為何韓國的競爭力能夠在這十年間變得不同凡響,更重要的是我也與分散在各實驗室的臺大光電所同學有了新的聯結,很高興能認識與我同行的九位優秀夥伴。

 扣除前後兩天的飛行,韓國首爾之行包含了兩天的研討會議與各一天的首爾市景點導覽與國家重要實驗基地參訪。參觀了之後不免拿來與台灣作比較,以首爾大學校園為例,就景色而言我個人覺得是各有所長,與台大精緻校景不同,首爾大學依山而建,建築群散落各處與大自然美景融為一體,小山流水到處可見,面積廣大也因此有校內公車穿梭其間;或許是因為建築物之間太過遙遠,總覺得首爾大學的整合型研究中心做得相當不錯,譬如我們參訪校內的ISRC (Inter-university semiconductor research center)中心,無塵室面積廣大、機台種類及位置規劃配置得當、垂直整合相當良好,加上挑高的無塵室排風設計等等,都是台大可以參考的範例。值得一提的是各機台還有專屬的技術人員負責維持機台維修保養,簡直就可以比擬台灣的國家實驗室等級。其實他們的設備等級或種類,我相信與台大相去不遠,但是他們有效地整合在共同實驗室中,避免了製作元件時得將樣品拿到不同無塵室處理的麻煩與被污染風險,同時機台有專門保養技師,免除了機台使用上容易因為小毛病未修而造成最終須汰換的問題。這點執行上有一定的難度,但相信台大應該有非常多空間可以進步。

 前兩天的研討會,雙方研究生分別發表25分鐘的口頭報告,內容包含介紹各自所屬實驗室研究方向與個人研究成果,依主題分為以下部分: Optical characterization and modeling、Wide band-gap semiconductors、OLED、Infrared optoelectronics、Photonic devices。由於大多數人是第一次發表如此長的英文口頭報告,因此大家都以緊張、謹慎的態度準備並完成此次的演講。其中Wide band-gap semiconductors部分,首爾大學方面與我們做的研究大方向上都蠻類似的,包含了In-rich InGaN成長、在GaN基板上成長GaN、或是以特殊方式成長以提高p-GaN晶體品質。由於性質非常近似,因此除了相互競賽之外,應該也可以思考以合作方式來提高研發能量。譬如雙方可以在In-rich InGaN成長領域共同研製多波長混光成白光發光二極體或者是InGaN based solar cell。透過彼此技術的交流,應能使雙方在研究上有所突破,激盪出更好的成果。

為了準備本次交流活動,大家的心情都是兢兢業業、緊張且興奮,而結果也是非常豐碩。在四天語言溝通、學術思考、文化風俗的衝擊下,相信大家都以滿載而歸的心情回國,也增廣了我們研究生的國際觀。這個活動能夠順利完成必須得感謝同行三位教授:黃升龍所長、林恭如副所長、蘇國棟老師的指導,及光電所辦公室林筱文小姐在事前幫我們做的完善準備,當然還有辛苦的學生隊長柯閔詠跟首爾大學代表交涉協商細節,才能使此交流活動圓滿落幕。總之,非常推薦此類的活動能夠繼續舉辦下去,以嘉惠所上其他的學生。

 

之十

撰文:光電所博士班學生陳重嘉

與韓國首爾國立大學博士生交流活動,到今年已是第三度舉辦,第二屆時實驗室學長曾參加過,也和我們分享過許多經驗和心得,這次很高興能有機會參加第三屆的活動,也是有生以來首次踏上韓國的土地,親眼見識到許多和台灣相同,或者不同的文化和特色,再加上兩天充實的研討會議程以及令人大開眼界的實驗室參觀,這次的韓國之行,對我來說確實稱得上是滿載而歸。

 這次活動主要範圍都在首爾大學校內,首爾大學在南韓的學術地位近似於台大,但從這幾天的活動當中可以發現,首爾大學之於南韓人的印象或許要比起台灣大學在一般台灣民眾中的觀感更為崇高,或許這和南韓仍保持著尊師重道的傳統有關。

 由於出發前黃所長曾指示各個同學針對南韓的不同面向做深入淺出的報告,而我恰好負責的便是南韓幾所著名的大學介紹,所以在出發前對首爾大學已有一定的了解,但真正到達之後,還是對於首爾大學校地之寛廣以及建築設備之新穎感到驚奇,校內有多路公車穿梭,甚至有連接到校外一般路線的公車。在台大我們多半以步行或以腳踏車的方式代步,但在首爾大學內,不乘坐公車恐怕很難在建築物之間移動。

 這次的研討會參加的學生主要是以Euijoon Yoon教授的學生為主,另外也有幾名是來自首爾大學其他實驗室的學生。Yoon教授的實驗室研究主題主要是以3-5族化合物為主,雖然報告的內容也頗為有趣,但對於不是專精於此的我聽起來不免有些隔靴搔癢之憾。

 其中有一名Jang-Joo Kim教授的學生參加此次研討會,金教授是以研究有機半導體著稱,正好和我們實驗室研究的方向相近,在參加這次研討會前就拜讀過這位教授所發表過的一些文章,所以很高興金教授有參加這次的研討會,不過略為可惜的是,金教授因為事務繁忙的關係,研討會的期間幾乎不在會場,也因此失去了和金教授討論和提問的機會,但最後的晚宴時還是有跟金教授見到面,或許下次再有機會的話可以作更深入的討論。

 金教授的學生報告的主題是關於上發光式(Top-emitting) OLED的研究,這也是我們實驗室有興趣的主題,在晚宴時金教授也曾提及我的指導教授-吳忠幟教授,或許在未來,有機會的話我們也可以和金教授的研究團隊,跨國台韓一起合作對OLED的研究作出更深入的探討。

 以目前OLED的研究看來,歐洲、美國、日本和韓國都有龐大的資金及長遠計劃投入於OLED當中,著眼的就是OLED可以作為下一世代顯示及照明設備的可能性,台灣的研究能量主要集中在學界,業界的能量在這幾年商業規模無法推廣成功之下,許多公司都結束了OLED的研究部門,這相對於世界其他國家都有企業大力投入的情況相比,不得不說是比較吃虧的。也正因為如此,我認為多和國外的研究學者互相交流,對我們自己,或是對整體OLED界的發展都是有幫助的,現在OLED仍然需要更好的材料及結構設計,需要集合眾人之智慧和力量來讓OLED的遠景成真,可以的話,我希望能和各國出色的研究團隊作更多的交流和合作,當然,南韓第一學府首爾大學的金教授也是一個很值得我們取經的對象。

 最後是關於這一個活動的感想,我認為這種類型的活動是非常有價值,不僅開拓了我們的國際觀,同時也讓外國的朋友認識我們,不僅是我們走了出去,事實上也讓外國的人走進了台灣。距離總是會產生誤會,只有親自體驗才能真正了解,在這個越來越國際化的時代,任何一個人都不可能自外於整體世界的研究圈,多多認識國外各領域的學者,對未來的發展只有好處沒有缺點。很希望這樣的活動能繼續舉辦下去,甚至是更擴大舉行,讓未來的光電所學弟、學妹,也能像這次參與研討會的我們一樣,同時得到學術和文化上的成長。

 

 
 

Broad-band anti-reflection effects in self-assembled, subwavelength size of semiconductor nipple array

Professor Lung-Han Peng's group

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 彭隆瀚教授

We reported the use of recessive size reduction in self-assembled polystyrene sphere mask with anisotropic etching to form lens-like nipple arrays onto the surface of silicon and gallium nitride.  These devices are shown to exhibit a filling factor near to an ideal close-packed condition and paraboloid-like etch profile with slope increased proportionally to the device aspect ratio.  Specular reflectivity less than 3% was observed over the visible spectral range for the 0.35μm-period nipple-lens arrays in Fig.1.  Using two-dimensional rigorous coupled-wave analysis the latter phenomenon can be ascribed to a gradual index matching mechanism accessed by a high surface-coverage semiconductor nipple array structure.

We further compared the weighted surface reflectivity of the following surface textures of (a) paraboloid-like nipple lens, (b) pillar with a cone-shape etch top and (c) pyramidal grating using two-dimensional rigorous coupled-wave analysis (2D-RCWA).  Our calculations show that the use of structure (a) of paraboloid-like nipple lens array renders the lowest reflectivity (<3%) over the 450-700nm spectral range.  The drastic reduction of reflectivity in the 450-900nm spectral range by texture change from pyramid to paraboloid can be ascribed, as referred from the inset of Fig.2, to a linear change in the effective refractive profile and thus a better gradual index matching mechanism provided by the latter.  The oscillatory behavior of reflectivity in the 450-700nm spectral range of the pillar structure (b) reveals subtlety of incomplete destructive interference for lack of continuous change in the effective reflective index.

Fig.1: 0.35μm-period nipple array of (a) Si and (b) GaN showing an aspect ratio of 0.59 and 0.94, (c) Experimental and RCWA-calculated reflectivity spectra for the 0.35μm-period Si nipple array in a near close-packed and non-close-packed condition.

Fig.2: Calculated reflectivity spectra at normal incidence for surface textures composed of (a) paraboloid-like nipple lens, (b) pyramidal grating, and (c) pillar with a cone shape of etch top over Si. Inset: surface profile and effective refractive index profile which are assumed to reside on a square lattice at a periodicity of 0.35μm with a filling ratio~75% and aspect ratio ~0.6.

 

Yb3+:YAG-silica fiber laser

Professor Sheng-Lung Huang's group

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 黃升龍教授

We demonstrate a compact continuous-wave Yb3+:Y3Al5O12–silica (Yb3+:YAG-silica) fiber laser grown by the codrawing laser-heated pedestal growth (CDLHPG) technique. The threshold is 25 mW, which is an order of magnitude lower than that of previous short-length fiber lasers (Yb3+-doped or Er3+/Yb3+-codoped). A slope efficiency of 76.3% was achieved from a 7-mm-short Yb3+:YAG-silica fiber, corresponding to an extracted power of nearly 1 W/cm. Additionally, low propagation loss and high emission cross section have been determined by analyzing the lasing thresholds and slope efficiencies, and there is an excellent agreement between theoretical results and experimental data.

The CDLHPG technique provides a simple yet effective way to incorporate glass network modifiers (Al2O3 and Y2O3) into SiO2 host through interdiffusion process. Further, Cu-Al alloy packaging is employed to efficiently remove the heat generated inside the fiber compared with previous short-length fibers. To the best of our knowledge, this 7-mm-short Yb3+:YAG-silica fiber laser with record-low threshold down to 25 mW and record-high slope efficiency up to 76.3% is the shortest active fiber reported to date for any short-length fiber laser operated at room temperature.

A 68-μm-diameter Yb3+:YAG single crystal fiber was first grown by the LHPG method from a 20-mol.% doped <111> Yb3+:YAG single crystal with a cross section of 500 μm × 500 μm. The as-grown crystal fiber was then inserted into a fused silica capillary with 76 and 320 μm inner and outer diameters, respectively for redrawing with 5-mm/min growth speed by the CDLHPG technique. The silica diffuses completely into the Yb3+:YAG crystal fiber during redrawing to form the core of the Yb3+:YAG-silica fiber. After the CDLHPG process, the as-grown Yb3+:YAG-silica fiber was packaged by melting Al at 780 °C in a Cu holder to make the Cu-Al alloy. Finally, both ends of the Yb3+:YAG-silica fiber packaged by the Cu-Al alloy were fine polished for dielectric coating on the fiber end faces. The fiber compositions and microstructure were examined by an electron probe micro-analyzer and a high-resolution transmission electron microscopy, and the refractive index measurement was carried out by a home-made confocal microscope using a 635-nm distributed feedback laser. For laser characterization, the fiber was excited by a Ti3+:sapphire laser tuned to 915 nm. Four different output coupler transmittances of 0.7, 1.7, 8.9, and 12.5% were used for optimizing the output powers. The pump was first incident into a standard single-mode fiber (SMF-28) by a 10X objective, and was butt-coupled to the core of a 7-mm-long Yb3+:YAG-silica fiber through a dichroic-coated front face. The fiber laser output and the residual pump beam were collimated by an achromatic lens with 10-mm focal length and further filtered by a long-wavelength-pass filter before detection by a photo detector or an optical spectrum analyzer.

The performance of the Yb3+:YAG-silica fiber laser is shown in Fig. 1. The lasing threshold increases from 25 to 140 mW as the output coupler transmittance increases from 0.7% to 12.5%. The maximum output power of 670 mW was achieved with the output coupler transmittance of 12.5% under 1000-mW incident pump power, corresponding to a power yield of ~1 W/cm.

Fig. 1. Performance of the CW Yb3+:YAG-silica fiber laser at room temperature. Inset: the upper one shows the dependence of slope efficiency on the output coupler transmittance; the lower one shows the side mode suppression ratio of ~70 dB at 1-W incident pump power. The gray dashed and red solid lines are the quantum limit and the best fit to obtain the round-trip loss, respectively.

 

 
 

論文題目:光纖傳輸飛秒脈衝光源及其在工程與生醫光電上的應用

姓名:詹明哲   指導教授:孫啟光教授

 


摘要

超短脈衝雷射在生醫影像、基礎科學研究、工程等眾多領域中,有許許多多不同的應用。而短脈衝雷射輸出端與眾多應用端中間,極需使用簡單、可靠之光學傳遞系統來連結。光纖及其相關元件具有體積小、簡單、高彎曲性、便宜、多功用性、高傳輸頻寬以及對電磁噪音高抵抗性的特性,極適合應用在光源輸出、傳遞以及作為應用端光學系統的骨幹。然而,當超短脈衝光源在光纖中傳遞,常常會因為一些線性及非線性光纖光學效應使得光纖輸出的脈衝質變差。吾人建立數套光纖輸出飛秒雷射光源(圖一)及其相關應用系統。為了非線性雷射顯微術及非線性光學內視鏡的應用,吾人建立了兩套工作在1.2微米波段的光纖輸出超短脈衝雷射光源,並且隨後建立相關的非線性影像系統,具有卓越的表現。在另一方面,利用光纖中的光固子自我頻率位移效應,吾人也建立一破世界紀錄之光纖輸出極寬頻可調雷射(圖二)。此雷射輸出波長可調範圍為1.2微米到2.2微米之間。與現有的光學參數震盪器比較,這個光纖輸出極寬頻可調雷射系統具有非常容易操作、大可調頻寬範圍、光纖輸出並且價格相對便宜的優點,深具未來發展的潛力。此外對於此種光纖輸出極寬頻可調雷射,吾人也提出並展示一種其在射頻時間延遲上的新穎應用。

圖一

圖二

© Photonics Technology Letters (PTL) 20, 900-902, 2008

 
 
 

— 資料提供:影像顯示光電科技特色人才培育中心‧影像顯示科技知識平台 —

— 整理:林晃巖教授、陳冠宇 —

德國研究機構IAPP與Novaled研發出發光效率達到90 lm/W的OLED燈具

德國德勒斯登科技大學(Dresden technical university)的研究機構Institut fur Angewandte Photophysik(IAPP)開發了亮度為1000 cd/m2(一般電腦螢幕的亮度為300 cd/m2)時,發光效率達到90 lm/W的白色OLED元件,突破了日光燈管50~70 lm/W的發光效率。該成果已刊登在2009年5月14日出版的Nature期刊。論文中提到,雖然在此之前也曾有過高發光效率白色OLED元件的報導(如2008年UDC的樣品達成102 lm/W的發光效率),但均未公佈OLED的構造及發光效率的測定條件等詳情。而目前即使是亮度達到5000 cd/m2的光源,科學家也僅達成74 lm/W的發光效率。以上的成果是利用Novaled的PIN摻雜(doping)技術所達成,不過這種doping方式成本很高。

IAPP為了提高發光效率,在發光層中採用了高折射率材料;還在光的萃取結構上下了工夫。論文表示,如果進一步改善光的萃取結構或是把基板模態一起算入,還可將發光效率提高至124 lm/W。IAPP還表示,今後將致力於改善內部量子效率,並降低電子與電洞再結合時的能量轉換及傳導損失。

Novaled表示,接下來尚待克服的則是使用壽命問題;另一個挑戰則是邁入量產,對此Novaled期望,OLED燈具的商業化量產可望在2009~2010年之間達成。與其他照明光源不同,OLED燈具可製作成各種形狀,通常會是以2D平面的大型薄板形狀來呈現,如圖一。

圖一、OLED燈具示意圖

 

中文新聞:

http://www.ledinside.com.tw/node/9933

英文新聞:

http://www.oled-display.net/iapp-dresden-announced-new-efficiency-record-in-oled-lighting

  http://www.oled-info.com/german-scientists-develop-90lmw-oled-lighting-panels
 

Nature 459, 234-238 (14 May 2009), “White organic light-emitting diodes with fluorescent tube efficiency”http://www.nature.com/nature/journal/v459/n7244/full/nature08003.html

 

 
 
 
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