～ 光电所所学会光电杯球赛  花絮报导 ～

（时间：2012年5月19日；地点：师大分部体育馆）

花絮整理：所学会会长黄致凡

一年一度的光电杯赛事由于恼人的台北天气而一波三折，终于在5月19日于师大分部体育馆展开了，今年是光电所有史以来第一次尝试一次举办两种球类竞赛（羽球与篮球），赛前大家听到高额的奖金以及现场的抽奖活动，无不摩拳擦掌，报名情形十分踊跃，羽球团体赛共有6支队伍，篮球3对3斗牛更高达22支队伍报名。晚上六点所长林清富老师亲临现场为大家举行开幕仪式，接着就是紧张刺激的篮球赛，这次我们特别请到了主判HBL（全国高中篮球联赛）的裁判莅临，期望在竞赛时能更加公平。经过了两小时的厮杀，最后杀进三强的队伍分别为黄鼎伟老师实验室、林恭如老师实验室、吴肇欣老师实验室；最后三强循环赛拼搏程度更为激烈，最终由黄鼎伟老师实验室的同学连胜两支队伍勇夺冠军，而亚军则是由林恭如老师实验室获得；值得一提的是前三强的队伍中都有我们规划赛事的工作人员，显示光电所的学生实在是能文能武！

而三分球大赛则紧接在斗牛之后举行，今年的报名人数更达到了新高的45人，最后由黄升龙老师实验室的叶书维同学获得冠军。

羽球赛方面今年首度举办就吸引了6支球队报名，实属不易（团体赛需要人数较多），显示光电所热中羽球运动的人口还真不少，同时也可见到有许多女同学下场同乐，这正是我们举办羽球赛的目的，解决了往年光电杯赛事总是阳盛阴衰的窘境，最后由吴志毅老师实验室勇夺冠军，而紧追在后的则是毛明华老师实验室获得亚军。

一整天的比赛相信让光电所同学们彼此间的感情在喧闹声中不知不觉地加深许多。甚至像黄建璋老师实验室，几乎倾巢而出，全实验室都出动一起卖力为同学们加油。一整天的活动下来，我想对于参与其中的同学来说，应该是枯燥的研究生涯中一个很不错的快乐回忆吧！

Study of Optical Anisotropy in Nonpolar and Semipolar AlGaN Quantum Well Deep Ultraviolet Light Emission Diodes

Professor Yuh-Renn Wu's Laboratory

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 吴育任教授

This study analyzes the optical polarization characteristics and internal quantum efficiency of AlGaN based polar, nonpolar, and semipolar deep ultra-violet(UV) LED. A 1D model is used to solve drift-diffusion, Poisson equations and 6x6 k.p Schodinger equations to investigate band structure and emission characteristics. The light emission polarization ratios of nonpolar and semipolar AlGaN based deep UV LED with different Al compositions and injection current were studied. The studies shows that the optical polarization of c-plane AlGaN based deep UV LED is dominated by the out-plane polarization as the Al composition increases. And for the nonpolar structures, the light polarization direction is mainly dominated by in-plane polarized light which is good for surface emitting. Although the anisotropic polarization property of semipolar structures is not as strong as the nonpolar structure, it can be another choice if the growth speed is faster than the nonpolar plane. Finally, the study discusses IQE behavior through changing the p-type activation energy, quantum well layer number, and Schottky barrier height. The detail work can be found in our recent publications.

FIG. 1. (a) The polarization ratio rz’ of a single AlGaN based deep UV QW with different rotation angle θ. (b) The polarization ratio ρx′y′ of a single AlGaN based deep UV QW with different rotation angle θ.

 

Surface Effect and Device Application of Nanostructured ZnO

Professor Jr-Hau He

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 何志浩教授

Nanostructured ZnO has attracted intensive research efforts for its versatile applications such as nanogenerators, stain sensors, field-effect transistors, light emitting diodes, gas sensors, optical sensors, and resistive memory. The surface effects including surface band bending, chemisorption/photodesorption near surfaces, native surface defects/states, and surface roughness are more pronounced in the nanostructures than that in thin film and bulk counterparts due to the structural uniqueness and the ultrahigh surface-to-volume ratio of ZnO nanostructures. For the past years, we have continued to understand how the physical properties are affected by shrinking the dimension of ZnO for exceeding state-of-the-art planar devices and developed the novel application of ZnO nanostructures utilizing the surface effect.

For more details, please visit our web (http://cc.ee.ntu.edu.tw/~jhhe).
 

姓名：林昶宇   指导教授：吴忠帜教授

摘要

本论文整合高分子萧基二极管整流器、印制天线及印制电容，成功地制作软性无线电能传输薄片，如图一。以及采用上闸极交错型的非晶态氧化铟镓锌晶体管，讨论非晶态氧化铟镓锌半导体层以及绝缘层间的界面特性以及晶体管特性的储存稳定度。最后，利用本研究的非晶态氧化铟镓锌晶体管整合下发光的有机发光二极管制程显示面板来验证此晶体管的应用性，以及非晶态氧化铟镓锌晶体管在弯曲中的电性，如图二。   图一   图二

论文题目：液晶光学组件应用于立体显示器之研究

姓名：李昭德   指导教授：林晃岩教授

摘要

本篇论文利用液晶光学组件应用于偏振眼镜式与裸眼式3D立体显示技术，以解决3D显示器的漏光与左右眼相互干扰现象。 一般常见的液晶光学组件，可用于1.偏振光相位延迟与 2.折射率渐变而改变光的行进路径。前者目的在于使单一偏振光改变其偏振型态，例如线偏振改圆偏振，或是偏振角度改变；后者在于使单一偏振方向的光，穿过折射率渐变的液晶组件，改变其行进路径，进而形成发散或聚焦。以上两种基本特性，我们在本篇论文应用在3D立体显示器上，并讨论其结果。 在偏振眼镜式立体显示技术方面，我们利用可固化式液晶做为图形化相位延迟片与偏光片(patterned retarder and polarizer)，并将其制作于面板内部(in-cell)，使其达到无垂直视角限制之3D显示系统。然而本质上，相位延迟片在不同入射角与不同入射波长的光会产生不同的相位延迟效果，因此我们利用双轴式波片(biaxial waveplate)来达成宽带与广视角的图形化偏光片。并且讨论可能的设计情况适用于不同的液晶配向制程，包括单一配向层使用两次曝光；和图形化配向层(patterned alignment)。此研究目的在于提供无视角限制之大尺寸家庭剧院3D显示器。（请参考Fig. 1.） 在裸眼式立体显示器方面，我们利用蓝相液晶(blue-phase liquid crystal)设计出可调式透镜使用在产生非偏振光的显示器，例如有机发光显示器(OLED)。由于有机发光显示器的色彩、亮度与低耗电性在小尺寸面板上有极佳的特性，但其产生非偏振光，因此需要非偏振光的可调性透镜达成2D/3D切换功能。我们利用高介电系数之平坦层与多电极设计且最佳化透镜相位图案。此研究目的在于提供非偏振光之中小尺寸手持式3D显示器。（请参考Fig. 2.） Fig. 1. In-cell patterned retarder for stereoscopic display with very wide viewing freedom Fig. 2. Cross section of the proposed multi-electrode BPLC lens

— 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 —

自反射X射线：小型(COMPACT) X射线源

以激光加速粒子提供了缩减硬X射线源(hard-X-ray，指较短波长的X射线)尺寸的方法。科学家已开发出一种简单的方案，藉由单一激光脉冲同时产生和散射电子束以制造出耀眼闪亮的硬X射线。

自从1890 年代发现以来，X射线已成为科学发展的一项重要工具。藉由同步加速器制造的X射线可用于探测微观物质，例如药物的发现、材料学和考古学等等。但同步加速器是庞大且昂贵的设备。世界各地的研究人员目前正努力研究使用激光加速粒子的加速器¹当作X射线源^{2, 3}时要如何缩减其尺寸以及其成本。

一旦带有高能量的带电粒子(例如电子)运动方向产生改变，便会发射出X射线。这变化可以藉由同步辐射加速器内的磁场或激光电浆加速器内的强集中力造成，亦或利用强激光脉冲的电场强迫电子上下振荡，该过程被称为康普顿(或汤姆森)散射。电子束可以使用传统的加速器⁴或 激光粒子加速器产生⁵。一激光加速器需要使用两个激光脉冲同步和精确地对齐(复杂的实验挑战)，亦或将激光脉冲能量一分为二，对半的能量可分别利用来进行粒子加速与散射。

在2012年5月Nature Photonics中提到，Kim Ta Phuoc和来自法国与美国的同事现已发展出使用单一激光脉冲产生电子束和散射的方法⁶。他们说明此法每投射一次大约10⁸个光子可以产生能量超过100 kev以上的X射线能量。因为电子束非常小（大约1 μm ），产生的X射线可以用于高密度或厚物体内部小尺寸结构的高分辨率图像。

研究人员电透过一种称为激光电浆波电子加速(laser-wakefieldaccelerator)(注1) 的技术产生电子束，当通过电浆时强烈的激光脉冲光产生的波就如同船在水上行驶一样。电浆波可以掠过在电浆中的电子且加快他们使其有更高能量。Ta Phuoc 等人藉由将激光聚焦于气体喷流(gas jet)中形成长仅3毫米长的低密度电浆以产生高达100 MeV的电子能量，所需距离远比传统加速器来的更短。利用激光电浆波电子加速器产生的电子束是很小的，直径约1μm，而且在激光脉冲后传递约10μm。为产生X射线，Ta Phuoc等人把薄塑料箔放在气体喷流的尾端。激光脉冲的前端在接触薄塑料箔后立即使其离子化，因此形成高浓度的电浆。大部分的激光脉冲接着看到高反射的「电浆镜」(plasma mirror)⁷，同时朝向电子束反弹回来。当激光脉冲撞击电子束时，激光会使这些电子散开（图1）。(注1：国立中央大学物理研究所硕士论文 “Tomography of a laser wakefield accelerator” 使用翻译"使用断层扫描技术探究激光电浆波电子加速器"为题。)

电子束的能量使散射的光子能量产生显著转变—从最初的激光能量约1 eV到X-射线能量超过100 kev。此激光光子会以着电子束的轴向形成一狭窄锥体产生后散射。反射之后，因为电子束位在激光脉冲后仅约10 μm的位置，因此光脉冲并不会在碰撞发生前绕射。

薄塑料箔的摆放位置是使得X射线达到可能的最高亮度的重要关键。如果金箔在电浆中放得太前面，电子束将不会到达它的最大能量，因此产生较少X射线；如果放得太后面，这个激光脉冲会产生绕射，因此减少X射线源的强度。如果箔刚好放在正确的位置，强大的激光脉冲撞击高能电子束产生非常亮的硬X射线源。

直到现在，最成功从激光电浆交互作用制造X射线的方法是使用电子的「扭转」(wiggle)，如同当电子在激光电浆波电子加速器内被加速^{2, 3}或者利用激光固体交互作用产生的高度谐振(high-harmonic)⁸。Ta Phuoc等人过去使用1 PW非常强的激光脉冲，这是唯一达到较短波长的硬X射线能量的方法。相比之下，康普顿的散射技术只需要30 TW的脉冲便可产生了100 keV的能量。

电子束宽带的本质造成X射线的宽带谱。不幸地，很多X射线的应用需要窄频谱的X射线。这个问题可以藉由利用激光电浆波电子加速器产生准单能(quasi-monoenergetic)的电子束(在正确的条件下)去克服^9-12或利用X射线镜(X-ray mirrors)来使其宽带辐射变窄，如同传统同步加速器中光束线的作法一般。

与目前的同步加速光源(在较高的能量下)相比，结合极小的光源尺寸、低发散及短脉冲的技术提供了非常高的峰值亮度(10²¹ photons/(s．mm²．mrad²．0.1 %bandwidth)。然而，目前系统使用30 TW钛蓝宝石激光，操作在最大频率只有10 Hz的条件下，此X射线源的平均亮度是相对较低的。尽管如此，此一简单的架构应该可使其容易地让激光系统调整到千赫频率的操作规模。或许以高频率操作激光作为驱动的X射线系统完成的那天即将到来。

References：
1. Esarey, E., Schroeder, C. B. & Leemans, W. P. Rev. Mod. Phys. 81, 1229–1285 (2009).
2. Rousse, A. et al. Phys. Rev. Lett. 93, 135005 (2004).
3. Kneip, S. et al. Nature Phys. 6, 980–983 (2010).
4. Schoenlein, R. W. et al. Science 274, 236–238 (1996).
5. Schwoerer, H., Liesfeld, B., Schlenvoigt, H. P., Amthor, K. U. & Sauerbrey, R. Phys. Rev. Lett. 96, 014802 (2006).
6. Phuoc, K. T. et al. Nature Photon. 308–311 (2012).
7. Kapteyn, H. C., Murnane, M. M., Szoke, A. & Falcone, R. W. Opt. Lett. 16, 490–492 (1991).
8. Dromey, B. et al. Phys. Rev. Lett. 99, 085001 (2007).
9. Mangles, S. P. D. et al. Nature 431, 535–538 (2004).
10. Geddes, C. G. R. et al. Nature 431, 538–541 (2004).
11. Faure, J. et al. Nature 431, 541–544 (2004).
12. Faure, J. et al. Nature 444, 737–739 (2006).