第七十一期 2011年12月刊
 
 
 
發行人:林清富所長  編輯委員:陳奕君教授  主編:林筱文  發行日期:2011.12.15
 
 

 本所何志浩教授榮獲中華民國光電學會100年度光學獎項「第一屆青年光電工程獎(原青年光學工程獎章)」,特此恭賀!

本所12月份演講公告:

日期

講者簡介 講題 地點 時間

光電論壇

12/16 (Fri) 胡元輝教授
中正大學傳播學系
科技=美麗新世界?
—來自傳播領域的反思
博理館
101演講廳
15:30-17:30
12/30 (Fri) Prof. Devki N. Talwar
Indiana U of Pennsylvania (IUP), Chair of Department of Physics
Phonons, defects and electronic properties of modern compound semiconductors: SiC, III-V, Dilute Nitrides and related materials 博理館
101演講廳
15:30-17:30


 

 
 
11月份「光電論壇」演講花絮(花絮整理:姚力琪)
時間: 100年11月4日(星期五)下午3點30分
講者: Dr. Steven Yang (Oclaro, Inc.)
講題: Coherent optical communication: an industrial perspective
  Dr. Steven Yang於11月4日(星期五 )蒞臨本所訪問,並於電機二館105演講廳發表演說,講題題目為「Coherent optical communication: an industrial perspective」。Dr. Steven Yang本次演講內容精彩,演講時面面俱到,與本所師生互動佳,本所教師及學生皆熱烈參與演講活動,獲益良多。 
 

本場演講主持人黃升龍教授(左)與Dr. Steven Yang(右)合影。


時間: 100年11月11日(星期五)下午3點30分
講者: 周銘俊博士(晶元光電總經理)
講題: LED照亮未來
  周銘俊博士於11月11日(星期五)蒞臨本所訪問,並於博理館101演講廳發表演說,講題題目為「LED照亮未來」。周銘俊博士演講內容精彩,本所學生參與熱烈並踴躍提問,獲益良多。
 

本場演講主持人林清富所長(左)與周銘俊博士(右)合影。

 

時間: 100年11月25日(星期五)下午3點30分
講者: 姚淑德教授(北京大學物理學院技術物理系)
講題: 用核分析技術研究薄膜材料的微結構與彈性應變
  姚淑德教授於11月25日(星期五)蒞臨本所訪問,並於博理館101演講廳發表演說,講題題目為「用核分析技術研究薄膜材料的微結構與彈性應變」。姚淑德教授本次演講內容精彩,演講時面面俱到,與本所師生互動佳,本所教師及學生皆熱烈參與演講活動,獲益良多。

姚淑德教授1965年進入北京大學技術物理系學習,1970年畢業後留北大任教,1980年在該系研究生班畢業,在北京大學任教四十年先後被聘為講師、副教授、教授和博士生導師。1991-1993在美國加州大學伯克利分校洛倫茲國家實驗室作訪問學者,長期與比利時魯汶大學開展國際合作,並於2001-2010年間八次訪問該校作為兼職教授進行實驗研究;多年來與臺灣大學光電所和電子工程系有著廣泛深入實質性的科研合作與交流。主要研究領域是核技術在材料科學中的應用:包括多種離子束分析,離子束材料改性和離子束合成新材料。與人合著3本國家級優秀教材,發表過200多篇學術論文,多次獲得北京市、中國核學會和北京大學的各種獎勵。為發展大陸的核科學事業,培養核技術專門人才做出很大貢獻。
 

本場演講者姚淑德教授

 

 

 
 

 

~ 與南京大學(Nanjing University)博士生交流活動 2011  系列報導 ~

(時間:100年10月8日至10月14日;地點:南京大學

【之四】

撰文:光電所博士班學生趙俊傑

針對2011年全國博士生凝聚態與光物理前沿論壇暨第四屆海峽兩岸博士生論壇,在10月10日上午的議程,第一位報告者為來自山西大學的李淵驥同學,其報告題目為雷射二極體泵浦的1.5微米Er3+, Yb3+:YAB雷射,採用976nm雷射二極體末端泵浦微晶片型雷射晶體,在5W的泵浦功率下,連續波1.5微米雷射輸出功率達到390mW,斜效率10.3 %,通過在共振腔內插入標準具,實現了226mW的連續單頻1.5微米雷射運轉。

第二位報告者為來自蘇州大學的路海雙同學,其報告題目為SrxPb1-xRuO3的巡游鐵磁性,報告內容如下:具有鈣鈦礦或類鈣鈦礦結構的過渡金屬氧化物展示了豐富的物理內涵並具有重要的應用前景。報告者基於密度泛涵理論(DFT)的第一性原理計算方法,研究Pb摻雜過渡金屬氧化物SrRuO3中的鐵磁性的變化。 

 

第三位報告者為來自南京大學的曹會英同學,其報告內容為粒子在含有非離子型表面活性的低介電常數溶劑中的帶電行為的研究。

 

第四位報告者為來自南京大學的李燁操同學,報告題目為基於共聚物微影法模板的氮化鎵奈米結構再成長,報告內容如下為了實現氮化鎵奈米結構的規則有序生長,報告者採用了一種基於共聚物的微影方法,在氮化鎵基板表面形成了一層非常規則的氮化矽(SiNx)六角形奈米孔狀結構,並以此為模板進行了氮化鎵奈米點的MOCVD有序選擇性再生長。通過掃描式電子顯微鏡、原子力顯微鏡等方法觀察到了隨著生長時間的增加,氮化鎵奈米點的逐步生長過程,同時比較了不同的生長溫度對於氮化鎵奈米點生長情況所產生的影響。 

 

第五位報告者為來自南京理工大學的李綬璵同學,報告題目為基於一維掃描重建紅血球三維空間折射率分佈,報告者使用干涉測量方法並結合Hilbert相位恢復算法與二維逆Radon-Radon疊代算法,提出一種新的基於一維掃描的生物組織三維折射率空間分佈重建方法。該方法具有檢測速度快、實驗裝置簡單等特點,作為一種定量檢測的手段,該方法可以廣泛應用於細胞檢測、生物組織內部結構觀察、病變檢測等方面。 

 

第六位報告者為來自南京大學的張振濤同學,其報告題目為超導量子位元與微觀二能級缺陷的耦合機制,報告內容如下基於Josephson結超導電路的量子位元是未來量子計算機可能的物理實現之一。最近超導量子計算在可擴展性和退相干等方面都取得了長足的進步,但是位元的相干時間短仍然是制約它集成化和實用化的瓶頸,超導Josephson結中普遍存在的微觀二能級缺陷是導致位元退相干的重要原因,報告者通過模擬發現在磁通位元中,二能級系統與位元的耦合類型依賴於所選的耦合機制,建議在三個結的磁通位元中,用已有的雙光子譜來確定它們的耦合形式,進而推斷出合理的耦合機制。 

 

第七位報告者為來自臺灣大學的許書嘉同學,報告題目為Si Nanowire/ Conducting Polymer Heterojunction Solar Cells,其報告內容為發展一種結合矽奈米線與導電高分子材料所製備而成異質接面太陽能電池,矽奈米線製作乃是透過金屬輔助化學蝕刻法,此矽奈米線具有抗反射率的效果,而後,再加上電洞傳輸有機材料,完成元件架構,此類太陽能電池的效率可達9.45 %。 

 

第八位報告者為來自蘇州大學的朱時軍同學,報告題目為隨機電磁光束湍流大氣傳輸質量研究,報告內容如下由於大氣湍流引起大氣折射率不斷起伏,因此雷射在大氣中傳輸受到湍流影響,從而使得光波的強度、相位在時間和空間上都會呈現隨機起伏,產生波前扭曲變形、光束抖動、光強閃爍、光束彎曲和漂移、光束擴展以及接收端光斑發生畸變等現象,因此,雷射光束經過大氣傳輸後的光束質量因子研究顯得非常重要。報告者利用拓展Huygens-Fresnel原理和Wigner分布函數二階矩定義的光束質量因子方法研究了EGSM光束在湍流大氣中傳輸的光束質量以及受限孔徑對光束質量的影響。 

 

第九位報告者為來自臺灣大學的陳兩儀同學,報告題目為The Study of Strain Dependent Optical Transition Shift in GaN Nanorod Light Emitting Diodes,其報告內容比較了用兩種不同的方式製作passivation layer於GaN Nanorod LED之上,包含利用PECVD成長SiO2與SOG旋塗作法。結果發現GaN Nanorod的應力釋放與passivation layer的製作方式有其相關性,同時,也對該結構進行數值模擬。 

 

第十位報告者為來自南京大學的劉冬梅同學,其報告題目為週期極化LiTaO3晶體中Talbot效應研究,報告內容首先研究了六角極化LiTaO3晶體中的二次諧波分數Talbot效應,發現二次諧波分數Talbot成像對點陣占空比的變化非常敏感,其次,從理論上研究了電光效應與聲光效應對一維週期極化LiTaO3 (PPLT)晶體中線性Talbot成像的調控作用。 

 

第十一位報告者為來自東南大學的周志強同學,其報告題目為Mn2+摻雜CdTe水溶性量子點的光限幅性質研究。報告者研究了水溶性的Mn2+摻雜的CdTe量子點的非線性光學性質,以飛秒雷射脈衝作為激發光源,通過非線性穿透率法測量其雙光子吸收性能。 

 

第十二位報告者為來自臺灣大學的蔡東昇同學,其報告題目為Ultra-High-Responsivity Broadband Detection of Si Metal-Semiconductor-Metal Schottky Photodetectors Improved by ZnO Nanorod Arrays,報告內容為在Si MSM Photodetector上成長氧化鋅奈米柱陣列以提升元件能有更寬的反應波長範圍。 

 

第十三位報告者為來自中山大學的陳耿炎同學,其報告內容為介電質奈米結構中光子與量子發射器相互作用的準確計算。 

 

 

【之五】

撰文:光電所博士班學生蘇亮宇

有別於之前的session充滿許多理論分析與數值模擬,第二天有較多應用方面的研究,因此臺灣的學生也大多集中在第二天下午報告,全團13人就有6人在第二天下午報告,因此今天下午大家也特別集中精神聆聽,幫自己的隊友加油。因為每個人的領域差異非常大,因此大家都有調整自己的報告內容,報告的前段大多為對該領域的簡短介紹,有些人也會簡單地跟大家介紹自己的實驗室在從事哪方面的研究。我是今天下午第二位報告,在下午session開始前有幾位南大電子系的學生來找我,表示自己也是做該領域研究,看到我領域相近因此前來指教,因此我此次報告也特別賣力,結束後也跟幾位學生互留E-mail以便討論之後的研究。此次俊霖學長報告的高功率雷射讓我印象非常深刻,俊霖學長成功使用全光纖的系統產生高功率雷射,整套系統完全沒有用到任何一片鏡子,而且除了實驗架設技巧之外,為了有效增高每個元件的效率,必須輔以理論計算設計,在理論與實驗相輔相成之上順利建構出此套系統,而且學長的報告充滿了自信,不時流露出對自己系統的驕傲,結束後也很樂於和學弟們討論,種種精神正是我所需學習的。同實驗室的東祐學長也表現得相當優異,雖然我對於光纖系統不太熟悉,會後學長也很熱心地與我討論一些抽拉光纖的技巧。俊傑學長的報告則是結合了有機和無機的材料製備出TiO2染料型太陽能電池,他的報告讓大家了解如何結合不同材料系統,以及一些如何調整水熱法製備奈米柱的方法。祥鈞學長的報告則是針對如何利用介面改質,讓SU8自組形成mircro lens,此研究對於如何增加LED出光效率非常重要。君偉學長的報告一開始是跟大家介紹微機電在做什麼,而後是自己如何設計出適用於陀螺儀上的震盪器。南京大學的學生報告也相當多元,包括了光子晶體雷射模擬、利用光化學方法使InGaN產氫、奈米碳管…等研究,因為第二天下午很多人的研究都是與雷射相關,因此中場的coffee break許多人也熱烈地討論這個課題,最後非常可惜因為時間不足,所以最後的幾位報告的同學就沒有開放Q&A,報告結束之後,依照往例投票選擇session最佳的三位演講者,台大的學生表現非常優秀,第二天下午場的最優秀三人皆為台大代表團成員,依報告順序為蘇亮宇、魏祥鈞、蔡君偉,並由王副院長代表頒發禮物,此次論壇也正式結束,之後大家一起前往南京大排檔用餐。平常在學校聽seminar很少聽純理論模擬的報告,而且光電所的模擬也主要以電子元件、波導等為主,與南京大學的學生差異較大,因此參加此次論壇對於所有隊員拓展自己知識有相當大的幫助。

 

 第二屆海峽兩岸光電研習營 

(時間:100年11月28-30日;地點:臺灣大學博理館)

花絮整理:陳雯萍

承續去年12月初成功舉辦第一屆,由本校光電所楊志忠教授繼續籌辦之「第二屆海峽兩岸光電研習營」,於100年11月28至30日假電機資訊學院博理館舉行,研習營於11月28日上午8:30在中央研究院劉兆漢前副院長、本校包宗和副校長及電機資訊學院李琳山院長指導與祝福下揭開序幕,展開為期三天緊密的議程。本屆研習營計有大陸北京大學、清華大學及南京大學三校10位教師及24位學員(博士後研究員或博士生)來臺參加。臺灣方面計有臺灣大學、清華大學、交通大學及成功大學共20位教師及24位學員參加。研習營活動包括教師授課、學員以口頭表達及壁報展示參加論文競賽、文化參觀訪問等。海峽兩岸光電研習營的舉辦係一項創舉,也是一段摸索的過程,研習營的舉辦係為求兩岸學術教育界彼此瞭解與尊重,進而創造合作的契機。

 

 
 
Investigation of the diffusion length of the cathodes in OLEDs through the impedance characteristics

Professor Chih-I Wu's Laboratory

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 吳志毅教授

For typical organic light emitting devices (OLEDs) with the hole mobility much larger than the electron mobility, the impedance versus voltage (Z-V) characteristics show a particular behavior which can be used to investigate many electrical properties of the organic layers. The impedance of these devices presents a transition from a higher value to a lower value before the device turns on, which indicates that the hole transport layer (HTL) reaches flat band and becomes conductive first. The voltage at where this transition occurs is named the transition voltage, and the difference between the transition voltage and the turn on voltage is dependent on the thickness of the electron transport layer (ETL) and the density of the accumulation charges.

In this work, devices with systematically varied thicknesses of ETLs and four kinds of cathode structures were investigated. The transition voltages versus the thickness of the ETL characteristics in Fig. 1 show that the transition voltages of the devices with an electron injection layer (EIL) shift toward higher bias while the slopes of all these devices remain constant. The shift of the transition voltage is proposed to result from the diffusion of the cathode structures into the organic layers which decreases the effective thickness of the ETL for capacitances. Therefore, the diffusion length of these cathodes can be estimated from the shift of the transition voltages of each group of devices.

 

Fig.1 The transition voltage V0 versus thickness of the ETL (Alq3) characteristics. The film structures of these devices are ITO/NPB(800Å)/Alq3/cathodes.

 

Tumor detection strategy using ZnO light emitting nano-probes

 Professor Jian-Jang Huang

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 黃建璋教授

Traditional methods of detecting cancer cells, such as fluorescence, have their limits and can hardly be used for identification during tumor resection. Here we report an alternative tumor detection technology using ZnO nanorods bonded to antibodies as cancer cell probes. Our experiment shows that EGFR(Epidermal growth factor receptor) can be connected to ZnO nanorods and to EGF receptors of SCC(squamous cell carcinoma). The cancer cell can be recognized by the bare eye or the optical microscope with the help of purple light emission from ZnO/EGFR antibody probes. On the other hand, for cells with less expression to EGFR, in our case HS68, no purple light was observed as the probes were washed-off. From the photoluminescent spectra, the peak intensity ratio between the purple light (from ZnO at the wavelength 377nm) and the green band (from the auto-fluorescence of cells) is much higher with the presence of SCC, as compared with HS68. The ZnO/EGFR antibody probes have the potential to be applied to real time surgery for tumor cell identification. The cancer cells will be excised with the help of purple light emission.

(a)

(b)
(c) (d)
(e) (f)
Fig.1 Experimental flow of ZnO antibody probes bonded to SCC(cancer cells) (a) and HS68 (b). The nanorods without antibody were also employed for comparisons. (c)&(e) The strong UV-VIS band ratio indicates the existence of SCC while very weak UV light for HS68 samples ((d)&(f)).

 

Luminous-efficiency improvement of solar-cell-integrated high-contrast organic light-emitting diode by applying distributed Bragg reflector

 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

Solar-cell-integrated organic light-emitting diodes (OLEDs) were fabricated with both high contrast ratio and energy-recycling ability. However, the luminous efficiency of the integrated devices is reduced to 50% of that of conventional top-emitting OLEDs. A novel structure to recover the luminous efficiency from 50% to near 85% by applying a distributed Bragg reflector (DBR) was demonstrated. It saves about 40% of the electric power of that of a device without a DBR. The contrast ratio remains high compared to that of conventional OLEDs. Simulations were conducted first to prove our models and assumptions. Then, two types of thin-film solar cells – CdTe and CIGS solar cells – were used. They had different contrast ratios as well as viewing-angle properties. Finally, the emission spectrum was calculated to be 11 nm FWHM, which is narrower than that for the emission spectrum of a typical microcavity OLED and has the advantage of having saturated colors.

Fig. 1 (a) Concept of the solar-cell-integrated OLED; (b) concept of our DBR design; integration of a DBR to enhance the outcoupling efficiency.

Fig. 2 (a) Input microcavity-OLED emission spectrum; (b) DBR reflectance of a CdTe solar-cell-integrated OLED; (c) output microcavity-OLED emission spectrum for a CdTe solar-cell-integrated OLED.
 

     
 
 
論文題目:週期性極化反轉鐵電材料之製備與特性檢測

姓名:裴善莊   指導教授:黃升龍教授

 

摘要

本論文中首先介紹利用雷射加熱基座長晶法(LHPG)結合外加電場即時監控(in-situ)極化反轉過程,製作週期性極化反轉之鈮酸鋰(PPLN)及鉭酸鋰(PPLT)晶體光纖(Crystal fibers)。實際應用上,在摻氧化鋅之PPLN晶體光纖中,以自串接式(Self-cascaded)的倍頻(SHG)加和頻(SFG)來產生可調變波長之藍綠光輸出,可調範圍從471.3 nm至515 nm,具有超過40 nm的可調頻寬。

在材料分析與特性量測方面,光學同調斷層掃描術(OCT)首次被應用在非線性晶體之檢測。我們利用自製的摻鈰釔鋁石榴石雙纖衣晶體光纖(Ce3+:YAG double-clad crystal fiber)所產生的寬頻光源,來架設超高解析度OCT 系統,可以成功的檢測出在PPLN 極化反轉邊界的折射率差值與邊界之均勻性,更進一步地,針對週期性極化反轉鐵電材料之波導元件,其複合結構、色散、以及微小的折射率對比度皆可利用其非破壞性檢測之特性來完成量測與分析。量測結果中,針對摻氧化鎂共融比之週期性極化反轉鈮酸鋰晶體,可計算出其+z 以及-z 反轉區域之折射率差為4.2×10-4,對於鐵電材料極化反轉過程的品質為重要之指標。

 

 

圖一:The blue/green light output from the cascaded SHG+SFG.

圖二:3D image of domain boundary layers of a PPLN bulk crystal.

 

 

論文題目:玻璃包覆之晶體光纖寬頻光源

姓名:許光裕   指導教授:黃升龍教授


摘要

本研究以雷射加熱基座長晶法(laser heated pedestal growth)製作出摻鉻釔鋁石榴石(Cr4+:YAG)雙纖衣晶體光纖與鈦藍寶石(Ti:Al2O3)單纖衣晶體光纖,用以製作應用在光學同調斷層掃描術(optical coherence tomography)之寬頻光源。以1064奈米摻鎰光纖(Yb:fiber)雷射激發摻鉻釔鋁石榴石雙纖衣晶體光纖,可以產生3.2 mW輸出功率,其輸出螢光之中心波長為1.38微米,半高頻寬為222奈米(圖一上),縱向解析度為3.6微米(圖一中),其縱向影像畫素間之串音,對相鄰畫素為-24.7 dB,對第二與第三非相鄰畫素各為-37.2 dB及-32.9 dB(圖一下)。鈦藍寶石單纖衣晶體光纖,以532奈米二倍頻綠光固態雷射激發可產生15.6 mW輸出功率,以446奈米藍光半導體雷射激發則可產生2.5 mW輸出功率,其輸出光譜中心波長為760奈米,半高頻寬為180奈米(圖二上),縱向解析度可達1.5微米(圖二中),因為光譜近乎高斯波形,其縱向影像畫素間之串音非常小,對正負一階相鄰畫素為-23.7 dB,對正負二階與正負三階非相鄰畫素各為-42.7 dB及-49.5 dB(圖二下)。

 

 

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、陳聖灝 —

在光子晶體中抑制自發性輻射

荷蘭特溫特(Twente)大學的科學家日前以實驗結果展示了一個近四分之一個世紀前的預測:可藉由三維光子晶體(photonic crystal)產生之能隙結構來抑制自發性輻射(spontaneous emission)(相關論文:Phys. Rev. Lett. 107, 193903)。藉由了解此輻射以及其抑制方法,研究人員在未來可以建立出更好的固態雷射以及減少量子電腦(quantum computers)中可能出現之雜訊。

Willem Vos和Merel Leistikow與其同事,經由在矽晶片上蝕刻出正交排列的孔洞陣列,建立出一個"反式木垛"(inverse woodpile, 木垛:擺放成堆之木頭)之光子能隙結構,經由理論計算方法得出此結構所產生之能隙,可使得所有的模態皆無法存在。

圖 1 (a) 電子顯微鏡下之三維反式木垛結構,由互相垂直之孔洞陣列排列組成(被二維光子晶體結構所包圍,見紅色虛線處) (b) 反式木垛結構參數示意。

在製作出所需光子晶體結構之後,研究人員將其浸泡至由硫化鉛(lead sulfide)製作出之量子點膠體溶液中(室溫條件下此溶液會發出波長約在1.39 ~1.50 μm的通訊波段),並利用532 nm波長的短脈衝雷射激發量子點,根據Willem Vos的說明,激發後的量子點可視為單一光子源,由於由量子點所發出之輻射非常低,研究人員須仔細地將背景雜訊去除,並花費數小時來收集其輻射。

如同預測之結果,量子點在光子能隙作用下,其輻射衰減率(decay rates)縮減為原本的十分之一,然而在光子能隙外則有兩倍的增強,換句話說,處在光子晶體結構中之量子點比未經任何處理之量子點需要十倍的時間才會輻射。在一個實際有限尺寸之光子晶體,此抑制之效應取決於量子點與結構表面之距離。

 

文章來源: Optical & Photonics News Published by OSA By Patricia Daukantas | POSTED NOVEMBER 10, 2011
網址: http://www.osa-opn.org/OpenContent/NewsRoom/Suppressing-Spontaneous-Emission-Inside-a-Photonic-Crystal.aspx
相關引文: M. D. Leistikow, A. P. Mosk, E. Yeganegi, S. R. Huisman, A. Lagendijk, and W. L. Vos, ” Inhibited Spontaneous Emission of Quantum Dots Observed in a 3D Photonic Band Gap, “ Phys. Rev. Lett. 107, 193903, 2011
   
   
 
 
 
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