第七十四期 2012年4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:2012.04.13
 
 
本所4月份演讲公告:

日期

讲者简介 讲题 地点 时间

光电论坛

4/13 (Fri) 杨邦彦总经理
怡和创业投资集团
大中华地区LED产业纵横谈 博理馆
101演讲厅
15:30-17:30
4/16 (Mon) Prof. Shun Lien Chuang
Dept. of ECE, University of Illinois
Metal-Cavity Nanolasers on Silicon: How small can they go? 博理馆
201会议室
10:10-11:00

 
 
 
3月份「光电论坛」演讲花絮(花絮整理:姚力琪)
时间: 2012年3月9日(星期五)下午3点30分
讲者: 朱宗庆校长(国立台北艺术大学)
讲题: 千山万水  挡不住想飞的翅膀
  朱宗庆校长于3月9日(星期五)莅临本所访问,并于博理馆101演讲厅发表演说,讲题为「千山万水  挡不住想飞的翅膀」。朱校长本次演讲内容精彩,演讲时面面俱到,与本所师生互动佳,本所教师及学生皆热烈参与演讲活动,获益良多。
 

朱宗庆校长(左)与本场演讲主持人林清富所长(右)合影。


时间: 2012323日(星期五下午330
讲者: 庄益增导演
讲题: 牵阮的手
  庄益增导演于323日(星期五莅临本所访问,并于博理馆101演讲厅发表演说,讲题为「牵阮的手」。庄导演演讲内容精彩,本所学生参与热烈并踊跃提问,获益良多。
 

庄益增导演(右)与本场演讲主持人林清富所长(左)合影。

 

 

 
 

 

~ 与南京大学(Nanjing University)博士生交流活动 2011  系列报导 ~

(时间:2011年10月8日至10月14日;地点:南京大学

【之十】

撰文:光电所博士班学生张俊霖

2011年10月14日星期五早上8点30分,至南京大学「唐仲英楼」进行实验室参观,如下图一与二所示。实验室大楼之命名是为了感谢唐仲英先生心系大陆祖国教育事业,于2007年特别捐赠人民币五千万元协助南京大学建立「固体微结构物理国家重点实验室」,并设立「唐仲英讲座教授」等惠教经学之善举。唐仲英先生是著名企业家、美国唐式工业董事长以及唐仲英基金会董事长。

图一(左) 唐仲英楼之外观;图二(右) 唐仲英先生铜像。

(一) 介电超晶格研究群:

由闵乃本院士、朱永元教授以及祝世宁院士所领导的研究团队,主要从事介电体超晶格材料的设计、制备、性能与应用。当代信息社会的技术基础奠定于利用电子作为信息载体进行信息传输、处理和显示等的一系列技术革命;若使用光代替电子作为信息载体,将在速度、信息载荷量、能源消耗等方面取得优势。而介电体超晶格与离子型声子晶体是能实现对光与声进行控制的一种新型功能材料,利用介电材料的线性与非线性光学效应、压电效应、声光效应等不同的物理效应,通过对介电体超晶格微结构的设计与控制,实现对光、声的频率、强度、相位、偏振、传播方向等进行转换、调制与操纵,来探索新一代光电子学与声电子学的原理、材料与组件。

(1) 发展「生长条纹」与「室温电场极化」技术,以研制周期、准周期、变周期与二维等不同结构的光学超晶格,并与全固态激光技术相结合来达到多波长与可调谐的输出。(2) 制备超高频声学原型组件;将晶体中光波与声波的极化激元激发从红外光扩展至微波波段;并发现基于压电效应的新型极化激元;拥有超高频激发、低插入损耗(调整周期数与电极面积)与宽带(设计变周期与非周期结构)之特性。(3) 将基本的「准相位匹配」理论推广至「多重准相位匹配」理论,发现许多新颖的非线性光学效应,如光散射增强效应、非线性Cerenkov辐射与非线性光学Huygens原理等,对微弱讯号放大与量子光学等的应用有帮助。(4) 作为新型纠缠光源:由于光学超晶格的转换效率比传统块材高一个数量级,且在波导中甚至高出四个数量级以上;可利用灵活的相位匹配方式与丰富的非线性耦合过程来扩展纠缠源的功能。并藉由研究耦合参量过程产生的多光子纠缠态与多模连续变量纠缠,来实现纠缠光子的波前调控,且用来发展量子通信与计算。(5) 于特异介质 (metamaterial) 中的人工磁共振与磁等离极化激源 (magnetic plasmon polariton):设计特殊人工金属结构,使电子的集体振荡源激发可以对光波产生磁效应,由这些磁响应单元作为人工「磁原子」,可组装出新型人工磁特异介质(导磁率不为一)之光学材料。以上五大研究方向总计有Science三篇,Phys. Rev. Lett.十篇与SCI百余篇等结果发表,能参观此世界级的国家实验室,乃是此南京大学之行最大收获之一。

进入其实验室参观,如图四所示,整体来说非常地整齐清洁,除了组件制备外,所有的组件测试实验均在无尘室中进行,对于微结构的保存与固态激光的稳定性有帮助,如图五与六所示,仔细观察可发现墙上的墙报与实验室内清扫轮值表等信息都有在定期更新与纪录,实验室成员约20几个人,整体实验室软硬件方面也都很有纪律;所长称赞其墙上墙报有分成中英文两种版本,方便向来自世界各地的访客介绍实验室,值得我们学习效法,如图三所示。

图三(左上) 于实验室外讲解实验室研究方向与成果;图四(右上) 于实验室内光学无尘室外介绍环境与设施,图中讲解人员手持一片超晶格微结构样品向林清富所长进行解说;图五(左下) 第一间无尘室实景,作为非线性光学与新型光源的实验空间;图六(右下) 第二间无尘室实景,作为全固态激光研究的实验空间。

(二) 团簇科学与奈米技术研究群:

由Guanghou Wang, Min Han, Jian-guo Wan, Fengqi Song以及Jianfeng Zhou教授群主持,主要研究多种团簇结构的各种物性,例如金属与半导体团簇的结构与性质,团簇组装奈米结构的量子性质,金属和氧化物奈米线的结构和性质,包括团簇的热力学性质—奈米喷流,以及激光光调控磁性半导体奈米结构等。原子团簇(atomic cluster)是由几个到几万的原子或分子组成的聚集体,为介于单原子分子以及凝聚态物理之间的桥梁。南京大学于1984年开始,同时从实验与理论上发展此项研究,如自由式、支撑式和嵌入式团簇,以及团簇聚集的奈米材料等。到目前为止,有几种产生「团簇束」的仪器被发展出来,发表超过300篇学术论文与专书「团簇物理(cluster physics)」,在2004年后,研究方向主要在于将团簇视为建筑砖头(building bricks)般,用来设计与制备各种奈米结构,以及他们的物理性质与相关操控。

目前具体的研究方向为(1) 团簇与团簇组成的奈米结构的自旋操控;(2) 可控制的制备方法,表面电浆共振子的共振性质与团簇数组的奈米光学性质;(3) 原子团簇的理论模拟与以团簇为单位的结构设计;(4) 经由团簇系统的质量与能量传播,以及热物理性质;(5) 奈米结构稀释磁氧化物与多重含铁性材料的的电磁性质。

进入其实验室参观,首先是介绍他们草创初期所制备的退役系统,如图七所示,主要是一蒸镀源与低温系统产生团簇源,团簇源初期是由离子、电子与中性原子均等构成,再者是利用差别式真空(differential pumping)原理逐渐发展超高真空隔间,过滤出高质量的单能团簇束,当时限于经费不足,无法满足应用的需求。后来根据此套的经验以及充足的经费来源,盖了第二套团簇束系统,如图九与十所示,更准确地分析出高质量的团簇束并架设在线质谱仪来监控团簇束质量,最后进入一个样品制备室去堆栈出不同的新型奈米微结构,例如他们发表在Phys. Rev. A 73, 063203 (2006)的研究成果,成功地产生中等尺寸SiN团簇并堆栈出最低能量的结构。最后他们为因应不同材料的团簇束生长与堆栈,又架设第三套系统,如图八所示,对方说这套系统的特色是团簇室体积可缩减许多。

图七(左上) 为此实验室发展初期的第一套原子簇产生源;图八(右上) 为此实验室目前发展的第三套原子簇产生源;图九(左下) 为此实验室目前发展的第二套原子与分子簇产生源以及样品制备室;图十(右下) 为第二套系统的真空系统架构图。

 

【之十一】

撰文:光电所博士班学生蔡东升

在此次南京大学参访行程中,除了南大校园的巡礼与实验室参访之外,也要特别感谢南京大学精心费力地为来自台湾大学的我们安排了一趟黄山之旅。自古「黄山」就非常著名,黄山原名黟山,因峰岩青黑,遥望苍黛。黄山位于大陆安徽省南部黄山市境内,南北长约40公里,东西宽约30公里,山脉面积1200平方公里,核心景区面积约160.6平方公里,主体以花岗岩构成,最高处为莲花峰,海拔1864米。黄山1982年入选第一批国家重点风景名胜区;1986年黄山被评选为中国十大风景名胜区,且是中国十大风景名胜中唯一的山岳风景区;1990年12月黄山风景名胜区作为一项文化与自然双重遗产被联合国教科文组织列入世界遗产名录;2004年2月入选世界地质公园。明代地理学家与旅游家徐霞客曾给黄山下一句评语:「五岳归来不看山,黄山归来不看岳。」由此可见黄山美景可说是驰名于古今中外的。

在经历10月9日与10日的博士生论坛会议报告之后,10月11日中午大伙从南京大学出发,经过约四个小时的车程,来到黄山脚下的汤口镇,晚上就先在当地旅店下榻与餐馆用膳,为来日登山预做准备。隔天起了大早在台大何志浩老师与南大熊翔老师的带领下,大伙连同导游来到了黄山云古寺缆车站搭乘云古寺—白鹅岭的上山缆车。在约莫20分钟的缆车行程中,沿途充满着有如在山水泼墨画中一般的景致,怪石、奇松、接连矗立在连绵不断的秀美山峰上,其壮丽的山势着实令此行的我们惊呼连连。到了白鹅岭站,一出站就可见四周云雾茫茫,此处果然是观赏东海云海的最佳位置,看了著名的孔雀松之后,我们一路经过了雨伞松,此松是联合国秘书长安南在2006年5月访问黄山时所命名的。沿途导游常说:「黄山美不美,全看你两只腿。」、「我看黄山多雄伟,黄山看我多狼狈。」意谓着如果你体力好,不怕爬陡峭的阶梯,那你就觉得黄山美。反之,如果你体力不好,光爬山就气喘吁吁的、累的半死,那你就觉得黄山不美也折磨人。还好台大的师生体力都不错,可以从容自在地观赏沿途美景。

而我们在山上午膳的菜色是简单清淡但是昂贵的,听导游说因为山上物资不能用缆车运上山,必须由辛苦的挑夫用人力挑上山,所以相同菜色在山上价钱可能是山下的三、四倍。用过午膳之后我们途经北海宾馆,此宾馆常常有大陆的重要官员或是国家外宾来此下榻,此处附近有著名的散花坞中的梦笔生花—就是在峰尖石缝中,有长着一株奇巧古松,有如盛开的鲜花。而峰下有一巧石,形状有如人在卧睡,故称为梦笔生花。传说是李白来黄山游玩,醉后掷笔幻化所成的。大伙再往上走来到光明顶,此处为黄山第二高峰,标高1860米,听说是黄山看日出、观云海的最佳位置之 一,有人说:「不到光明顶,不见黄山景。」可惜的是,我们到光明顶时已是中午过后,山上云雾缭绕,无法远观只能在云雾中想象四周山景之浩瀚壮丽。

过了光明顶,我们开始往迎客松走去,这颗松树可谓是黄山奇松的代表,此松状如伸展双臂的主人,似乎很热情地欢迎来黄山游览的各地旅客,故名为迎客松。听说此松的身影在大陆境内出现机会蛮大的,上至北京人民大会堂,下至车站码头,都有机会被发现。观赏完迎客松的巧妙身形之后,我们大伙就慢慢地往玉屏楼缆车车站走去准备下山了。当然在此回程中,无庸置疑的,我们一样对着瑰丽的景色赞叹不已。而在整个黄山行的过程中,我们发现大陆当局对此地风景的维护跟管理是相当进步的,随时都有人在维护环境清洁,即便旅客众多,地上鲜少有垃圾出现。不过比较可惜的是,此风景区没有全面禁烟,路过吸烟区的时候,一堆老烟枪的吞云吐雾令空气质量严重下降,令人只想快步离开。

最后特别感谢南京大学熊翔老师与南大李烨操、李明雪、丁煜、刘冬梅同学等人在黄山之旅中对来自于台大光电所的师生的陪伴与关照。

 

 
 
Emitting layer design of a white organic light-emitting device

Professor Jiun-Haw Lee

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 李君浩教授

A white organic light-emitting device (WOLED) based on a phosphorescent blue and green emitter combined with red fluorescent one doped in a single host is presented. In such a device, efficient phosphorescent sensitization (PS) was achieved from the green phosphorescent emitter to the red fluorescent one, which was directly observed from transient electroluminescence. An undoped region was inserted between the green and blue dopant region to stabilize the emission spectra. In this configuration, the main recombination zone was at the blue-emitting region, and the minor one was located at the green one near the undoped region. To avoid carrier trapping, the red fluorescent emitter with a reasonably high concentration (0.5%) was doped away from the minor recombination zone. That WOLED exhibited a longer operation lifetime than the phosphorescent blue/green device, because the PS provided a radiative efficient energy relaxation from the green phosphorescent emitter to the red fluorescent one [published in Curr. Appl. Phys. 11, S183, 2011].

Fig. 1. Normalized EL spectra of the WOLED and blue/green OLED.

Fig. 2. Luminance decay curves of OLEDs.

 

Fabrication and characterization of a micro tunable cat’s eye retro-reflector

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

We developed a micro tunable cat’s eye retro-reflector. The tunability is obtained through the use of a smart film, a polymer dispersed liquid crystal device (PDLC). The cat’s eye device consists of three subassemblies, a front-side focusing unit, the smart film, and a back-side reflecting unit. Device characterization, considering possible fabrication inaccuracy such as misalignment, was performed (Fig. 1). The acceptance angle was measured to be 9°. Switching of an image pattern generated by a 2-D array of such tunable cat’s eye retro-reflectors was also demonstrated (Fig. 2). The tunable cat’s eye retro-reflectors can be used in a free-space communication system, or more specifically, an optical identification system.

Figure 1

Figure 2


© 2011 Elsevier B.V.
K. H. Chao, C. D. Liao, B. J. Yang, and J. C. Tsai, “Fabrication and characterization of a micro tunable cat’s eye retro-reflector,” Optics Communications, Vol. 284, pp. 5221-5224, Oct. 2011.

 

     
 
 
论文题目:掺铈钇铝石榴石功能性晶体光纤

姓名:林晏圣   指导教授:黄升龙教授

 

摘要

本论文成功开发出具有高亮度白光及宽带特性的掺铈钇铝石榴石双层纤衣晶体光纤(Ce3+:YAG DCF),如图一所示,白光光源输出亮度高达4.5x109 cd/m2 且光通量为6.2流明的白光点光源,将此光源耦入直径200奈米的多模光纤,输出功率及耦光效率可达4.8毫瓦及36.8%,此白光点光源适用于生医内视镜的应用及长距离具方向性的固态照明。在光学同调断层扫描术(OCT)的研发上,如图二所示,我们成功产生中心波长及半高宽分别为560奈米及100奈米之宽带光源,其空间中的纵向分辨率(axial resolution)可达1.5微米,可应用于细胞生物组织结构或工业制造的微观结构的量测。

图一

图二

 

 

论文题目:金属奈米结构之光学感测(Metal Nanostructures for Optical Sensing)

姓名:宋明哲   指导教授:黄鼎伟教授


摘要

本论文共提出两种以金属奈米结构所设计的光学折射率传感器(Optical refractive index sensor),分别是以有限元素法(Finite Element Method)分析单颗压花式硅奈米壳柱(图一(b)),与金属球壳奈米柱呈六角状排列(图二)产生的表面电浆场共振(Surface plasmon resonance)现象。目的是在金属与待测介电物质间产生极大的表面电浆共振电场增强效应。二种金属奈米结构目标都是希望对待测物质的光学折射率变化产生高灵敏度感测。本文提供了多种利用金属奈米结构达成光学折射率感测的设计。

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、陈圣灏 —

电浆消融:金属塑形

在光强度足够的情况下,利用光熔化金属是可以实现,例如使用高功率激光、高集中、短脉冲或强大的光学共振。在熔融状态的期间,金属可藉由一些物理效应重新塑形,如电磁力,表面张力和热效应,在快速冷却后可永久地形成新的结构(如图)。最近的一份报告中,Ventsislav Valev和他从比利时、俄罗斯、德国、新加坡、保加利亚及英国的同事报告提出了使用电浆激光消融去熔化金属的方法 (Adv. Mater. http://dx.doi.org/10.1002/adma.201103807; 2012):研究人员使用120 fs@800 nm的脉冲钛蓝宝石激光聚焦在约330 nm×440 nm大小的区域,去解释G型和星型金与镍奈米结构。

据Valev指出,研究人员先前认为,在加热几乎均匀的情况下,奈米结构表面张力会使得高功率激光把金属融化成球状。然而,这种假设是不正确的,并根据Valev指出,在热点上比预期中可以加得更热。Valev对Nature Photonics 指出「在电浆热点之内,电荷会被电场强力驱动,震荡的电荷会形成局部电流同时加热局部材料,电浆热点会变得非常热。因此,我们的激光光束在电浆热点开始精确地融化奈米结构,并造成融化的黄金小池子。在这个小池子内,流体动力的程序会发生,如同我们图片中看到的奈米喷流。」

然而,Valev解释说,这一机制仅是故事的一部分。在电浆热点,电子最初在线性的情况下被驱动。当激光强度增加,电子开始被非线性驱动。在这一点上,二次谐波光在电浆热点产生,这使热点就如同一个独立的光源。因为二次谐波与原始的照明光的波长不同,不需要复杂的解调或成像技术,这种二次谐波,可直接使用共焦显微镜成像,并提供了初阶近似的等离子体映射。

研究人员声称,这样使得电浆奈米结构比那些透过传统的光学技术制作的小,虽然他们还没有被量化的解析出来。Valev解释,该方法能够明确解析在200 nm×200 nm大小的两个热点,这是团队目前试图成像的最小奈米结构。然而,真正的技术优势可能是它的速度,应用上如对奈米材料的电磁响应的映射。

研究人员希望推广他们的方法。Valev解释说他们的技术拥有巨大的潜力,只需要一个标准的共聚焦显微镜。这种显微镜常用在生物实验室,但许多科学家们似乎不知道电浆奈米成像的潜在用途。

Valev解释说:「我们将调查其它几何形状和材料,我们还将特别关注的其中流体动力过程的数值模拟。我们也保持留意潜在的应用,如等离子体辅助的次波长结构与近乎完美的球形奈米粒子的激光烧融制作。」

图:单个飞秒(fs)激光脉冲在电浆热点产生奈米喷流,从(a)到(f),G型奈米结构的扫描电子显微镜显示,随着增加激光功率奈米凸块形式增长,并导致形成一个奈米喷流,并喷出金属奈米球。(g)一个非常规则的奈米球,落在邻近奈米结构的手臂上。(e)中很明显,奈米凸块是空心的。红色箭头表示光的偏振方向。

 

文章来源: Nature Photonics 6, 145(2012) doi:10. 1038/nphoton.2012.26 Published online 29 February 2012
网址: http://www.nature.com/nphoton/journal/v6/n3/full/nphoton.2012.26.html
相关引文 "Plasmon-Enhanced Sub-Wavelength Laser Ablation: Plasmonic Nanojets"
Article first published online: 9 JAN 2012
DOI: 10.1002/adma.201103807
   
   
 
 
 
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