第五十八期 2010年10月刊
 
 
 
发行人:林清富所长  编辑委员:陈奕君教授  主编:林筱文  发行日期:2010.10.04
 
 
 本所特聘研究讲座及电机系系友孟怀萦院士荣膺「台大杰出校友」,特此恭贺!

 国立台湾大学电机信息学院电机学群诚征教师,相关信息请详阅公告

本所10月份演讲公告:

日期

讲者简介 讲题 地点 时间

光电论坛

10/8 (Fri)

蔡力行博士

台积电新事业总经理

前进绿能 机会无限

博理馆

101演讲厅

12:20~13:20
10/15 (Fri)

郑清文先生

著名作家、台湾大学商学系毕业

写作经验

博理馆

101演讲厅

15:30~17:30
10/22 (Fri)

连胜彦先生

澹庐书会名誉理事长

待订

博理馆

101演讲厅

15:30~17:30
10/29 (Fri)

吴新一教授

Professor of Biomedical Engineering, Department of Industrial Engineering, Texas A&M University

待订

电机二馆

105演讲厅

15:30~17:30

 

 
 

Surface Tension and Concentration Measurement of Sub-mL Solution Using a Cantilever-Based Optical Gauging System

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 

A cantilever sensor integrated with an on-tip micro spherical reflecting mirror (MSRM) exhibits a larger optical beam displacement than a conventional one, i.e., the system sensitivity/responsivity is enhanced. In our study, it is employed as a surface tension and concentration gauge that only requires 0.5 mL of solution.

The MSRM-integrated cantilever is first set above a sodium chloride-water droplet carried by a glass substrate, and then the droplet is moved up gradually. Once the cantilever is touched by the droplet, it is pulled and bent down as the droplet reshapes. The cantilever deformation amount is related to the surface tension of the solution, which increases with the molar concentration of sodium chloride. According to our experiments, the surface tension varies from 72.1 to 77.7 mN/m as the molar concentration of sodium chloride in water increases from 0 to 3.13 M (Fig. 1). Therefore, by measuring the bending amount of the cantilever, the surface tension as well as the concentration of the NaCl-water solution can be determined. We also perform the experiments on the alcohol (ethanol)-water mixture, whose surface tension, conversely, reduces from 71.4 to 57.5 mN/m as the alcohol molar concentration increases from 0 to 0.81 M (Fig. 2).

Fig. 1

Fig. 2

© 2010 IEEE

C. D. Liao, K. H. Chao, and J. C. Tsai, “Surface tension and concentration measurement of sub-mL solution using a cantilever-based optical gauging system,” IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 46, No. 9, pp. 1268-1274, September 2010.

 

Arbitrary-Order Interface Conditions for Slab Structures and Their Applications in Waveguide Analysis

Professor Yih-Peng Chiou

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 邱奕鹏教授

Convergence of truncation error is one of critical factors in finite-difference simulation. Since step-index structure is a common feature in recent photonic devices design, traditional formulation based on graded-index (GI) and index averaging (IA) scheme cannot accurately model field behavior near abrupt interfaces between different materials. We derive generalized interface conditions of arbitrary orders combined with Taylor series expansion in homogeneous region for TE and TM mode calculation of step-index waveguide. We also adopt generalized Douglas (GD) scheme for further convergence order without demanding more reference points.

We model a multiple-quantum-well (MQW) waveguides with 56 barriers and 55 wells as an assessment. Refractive indices of cladding, barrier, and well are 3.2224, 3.2874, and 3.3704, respectively. Widths of each barrier and well are 12nm and 7nm, respectively. The relative propagation constant error of fundamental TE and TM modes illustrated in Fig. 2 shows that our proposed scheme using (2N+1)-point without GD yields convergence between O(h2N-1) and O(h2N), or O(h2N+1) and O(h2N+2) if GD is adopted. The high-order convergence can greatly reduce computation effort of waveguide analysis. Formulation can also be applied to other simulation methods such as beam propagation method.

Fig. 1 Illustration of field continuity and sample points.

(a)                                                                                               (b)

Fig. 2 Relative propagation constant error of fundamental (a) TE and (b) TM modes.

Reference: Y.-P. Chiou and C.-H. Du, OSA Optics Express, Vol. 18, No. 5, pp. 4088-4102, Mar. 2010.

 

 
 
论文题目:有机光电半导体材料—载子传输特性及光电组件应用之研究

姓名:刘舜维   指导教授:李君浩教授

 

摘要

有机薄膜已被广泛的应用在有机发光二极管或有机太阳能电池等光电子组件的主动层材料中。本篇论文中我们将探讨单一小分子有机薄膜或混层薄膜结构,以及高分子混层薄膜的载子传输特性,研究结构对于有机光电子组件效率表现的影响。第一部份将讨论两种以不同分子构形所组成之有机半导体混层结构,分别为平面形分子搭配八方体形分子(NPB:Alq3);及平面形分子搭配四方体形分子(NPB:Bebq2)之组成。本部分中以飞行时间量测法(Time-of-Flight; TOF),配合Poole-Frenkel模型分析其电子与电洞之载子迁移率以及传输特性,目的在深入探讨有机混层结构中的载子传输机制。第二部分中,首先我们以TOF分析平面形分子Bebq2在改变蒸镀速率下之载子迁移率以及传输特性之变化,并使用Bebq2作为有机发光二极管之组件发光层以及电子传输层,结合此镀率控制的方式以增加有机发光二极管之电流效率以及组件寿命。近年来,以P3HT及PCBM混层结构为主的有机太阳能电池在太阳能领域中已被广泛的研究与发展。第三部分中我们将探讨P3HT与PCBM的比例分配对此混层结构的载子迁移率以及电荷传输特性的影响。在提升PCBM比例的过程中我们发现PCBM的丛集有助于提升P3HT的聚集与结晶,进而提升此混层结构中电子与电洞的载子迁移率以及提升组件之光电流。另外由实验中我们可以发现加入过量的PBCM将会使电子与电洞的传输特性被PCBM丛集所主导,破坏了其异质结构特性,而形成较平坦的表面形貌以及较差的组件特性。

图一、载子时间飞行量测系统

(a)      

(b)

图二、电洞(a)及电子(b)在NPB:Alq3混合层传导机制

 

论文题目:主动式晶体光纤之光子组件

姓名:赖建智   指导教授:黄升龙教授


摘要

我们以共同提拉激光加热基座生长(codrawing laser-heated pedestal growth)法生长出具双纤衣(double-clad)结构之掺铬钇铝石榴石(Cr4+:YAG)晶体光纤(crystal fiber),并首次研制出室温下具世界纪录最高之斜率效率(6.9%)及最低之激发阀值(96 mW)之掺铬激光(如图一)。此外,我们亦首次以共同提拉激光加热基座生长法生长出长度仅7 mm之掺钇钇铝石榴石-玻璃(Yb3+:YAG-silica)光纤激光,其输出功率可达1 W/cm。此短长度光纤激光于室温下具有世界纪录最高斜率效率(76.3%)及最低激发阀值(25 mW),极适合与硅基平面组件整合(如图二)。

图一

图二

 

 
 
 

— 数据提供:影像显示科技知识平台 (DTKP, Display Technology Knowledge Platform) —

— 整理:林晃岩教授、康誉龄 —

日本东北大学与Rohm将ZnO类紫外线LED功率提高至100μW 

日本东北大学与Rohm将氧化锌(ZnO)类紫外线LED的发光强度提高到了100 μW,达到原来这类产品的1万倍。虽然这发光强度约为InGaN与GaN类紫外线LED的1/10,但却有机会朝追赶GaN类产品的道路前进。这类产品的目标用途是用于液晶显示器背光模块及照明灯具的白色LED。

 

这个研究小组制造的LED组件,拥有在导电性ZnO底板上形成的p型MgZnO与n型ZnO的层迭构造,如图二所示。所发出紫外光的中心波长为380nm。使用该LED组件激发绿色荧光体时,可获得以520 nm为中心波长的绿色光,如图一所示。尽管目前发光效率还不到1%,但估计只要将p型MgZnO中的电洞浓度由1016 cm-3提高至1018 cm-3左右,便可使发光效率提高一个数量级。

 

该研究小组2004年曾采用脉冲激光沉积(PLD)法,开发出了由p型ZnO与n型ZnO的层迭构造所构成的LED。这种LED组件的发光强度比此次的组件还低四个数量级左右,发光中心波长为440 nm,是属于蓝色光频段,如图三与图四所示。此次采用能隙(禁频带宽度)更大的p型MgZnO代替了p型ZnO,由此可防止电子从n型ZnO流入p型MgZnO,从而使载流子在n型ZnO层内重新结合而发光。这样便可得到支持ZnO能隙的紫外光源。

 

此次采用MBE法形成LED组件时,主要透过两方面的改进,大幅提高了LED的发光强度。第一点是提高了MgZnO层与ZnO层的界面品质,第二点是为了在MgZnO层中掺杂氮(N)而采用了氨气(NH3),从而提高了电洞浓度。关于后者,与为了在MgZnO层中掺杂N而采用一氧化氮(NO)基的方法相比,发光强度提高了两位数左右,故即使不采用具自由基气体,也可生长出高质量结晶,因此今后有望采用更适于量产的MOCVD法。

 

研究小组表示,采用紫外线LED的白色LED,与搭配使用蓝色LED与黄色荧光体的InGaN及GaN类白色LED相比,有望提高演色性及色再现性。另外,该研究小组还称,制造GaN类LED时很难采购到高质量的低价单晶底板,但对于ZnO类LED则可轻松合成单晶底板。因此,有望以较低的成本量产采用单晶底板的LED组件,这种底板可与发光层轻松匹配。

 

图一、组件的构造。

图二、LED组件激发绿色荧光体时,可获得绿色光。

图三、紫外线LED组件的发光强度比较。

图四、LED组件的发光光谱。

 

中文新闻来源:

http://big5.nikkeibp.com.cn/news/flat/52224-20100707.html

论文来源:

K. Nakahara, S. Akasaka, H. Yuji, K. Tamura, T. Fujii, Y. Nishimoto, D. Takamizu, A. Sasaki, T. Tanabe, H. Takasu, H. Amaike, T. Onuma, S. F. Chichibu, A. Tsukazaki, A. Ohtomo and M. Kawasaki “Nitrogen doped MgxZn1−xO/ZnO single heterostructure ultraviolet light-emitting diodes on ZnO substrates,” Applied Physics Letters 97, 013501 (2010)

   
 
 
 
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