～ 光電所所學會光電盃球賽  花絮報導 ～

（時間：101年5月19日；地點：師大分部體育館）

花絮整理：所學會會長黃致凡

一年一度的光電盃賽事由於惱人的台北天氣而一波三折，終於在5月19日於師大分部體育館展開了，今年是光電所有史以來第一次嘗試一次舉辦兩種球類競賽（羽球與籃球），賽前大家聽到高額的獎金以及現場的抽獎活動，無不摩拳擦掌，報名情形十分踴躍，羽球團體賽共有6支隊伍，籃球3對3鬥牛更高達22支隊伍報名。晚上六點所長林清富老師親臨現場為大家舉行開幕儀式，接著就是緊張刺激的籃球賽，這次我們特別請到了主判HBL（全國高中籃球聯賽）的裁判蒞臨，期望在競賽時能更加公平。經過了兩小時的廝殺，最後殺進三強的隊伍分別為黃鼎偉老師實驗室、林恭如老師實驗室、吳肇欣老師實驗室；最後三強循環賽拼搏程度更為激烈，最終由黃鼎偉老師實驗室的同學連勝兩支隊伍勇奪冠軍，而亞軍則是由林恭如老師實驗室獲得；值得一提的是前三強的隊伍中都有我們規劃賽事的工作人員，顯示光電所的學生實在是能文能武！

而三分球大賽則緊接在鬥牛之後舉行，今年的報名人數更達到了新高的45人，最後由黃升龍老師實驗室的葉書維同學獲得冠軍。

羽球賽方面今年首度舉辦就吸引了6支球隊報名，實屬不易（團體賽需要人數較多），顯示光電所熱中羽球運動的人口還真不少，同時也可見到有許多女同學下場同樂，這正是我們舉辦羽球賽的目的，解決了往年光電盃賽事總是陽盛陰衰的窘境，最後由吳志毅老師實驗室勇奪冠軍，而緊追在後的則是毛明華老師實驗室獲得亞軍。

一整天的比賽相信讓光電所同學們彼此間的感情在喧鬧聲中不知不覺地加深許多。甚至像黃建璋老師實驗室，幾乎傾巢而出，全實驗室都出動一起賣力為同學們加油。一整天的活動下來，我想對於參與其中的同學來說，應該是枯燥的研究生涯中一個很不錯的快樂回憶吧！

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

臺灣大學光電所 吳育任教授

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

臺灣大學光電所 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   指導教授：吳忠幟教授

摘要

本論文整合高分子蕭基二極體整流器、印製天線及印製電容，成功地製作軟性無線電能傳輸薄片，如圖一。以及採用上閘極交錯型的非晶態氧化銦鎵鋅電晶體，討論非晶態氧化銦鎵鋅半導體層以及絕緣層間的界面特性以及電晶體特性的儲存穩定度。最後，利用本研究的非晶態氧化銦鎵鋅電晶體整合下發光的有機發光二極體製程顯示面板來驗證此電晶體的應用性，以及非晶態氧化銦鎵鋅電晶體在彎曲中的電性，如圖二。   圖一   圖二

論文題目：液晶光學元件應用於立體顯示器之研究

姓名：李昭德   指導教授：林晃巖教授

摘要

本篇論文利用液晶光學元件應用於偏振眼鏡式與裸眼式3D立體顯示技術，以解決3D顯示器的漏光與左右眼相互干擾現象。 一般常見的液晶光學元件，可用於1.偏振光相位延遲與 2.折射率漸變而改變光的行進路徑。前者目的在於使單一偏振光改變其偏振型態，例如線偏振改圓偏振，或是偏振角度改變；後者在於使單一偏振方向的光，穿過折射率漸變的液晶元件，改變其行進路徑，進而形成發散或聚焦。以上兩種基本特性，我們在本篇論文應用在3D立體顯示器上，並討論其結果。 在偏振眼鏡式立體顯示技術方面，我們利用可固化式液晶做為圖形化相位延遲片與偏光片(patterned retarder and polarizer)，並將其製作於面板內部(in-cell)，使其達到無垂直視角限制之3D顯示系統。然而本質上，相位延遲片在不同入射角與不同入射波長的光會產生不同的相位延遲效果，因此我們利用雙軸式波片(biaxial waveplate)來達成寬頻與廣視角的圖形化偏光片。並且討論可能的設計情況適用於不同的液晶配向製程，包括單一配向層使用兩次曝光；和圖形化配向層(patterned alignment)。此研究目的在於提供無視角限制之大尺寸家庭劇院3D顯示器。（請參考Fig. 1.） 在裸眼式立體顯示器方面，我們利用藍相液晶(blue-phase liquid crystal)設計出可調式透鏡使用在產生非偏振光的顯示器，例如有機發光顯示器(OLED)。由於有機發光顯示器的色彩、亮度與低耗電性在小尺寸面板上有極佳的特性，但其產生非偏振光，因此需要非偏振光的可調性透鏡達成2D/3D切換功能。我們利用高介電係數之平坦層與多電極設計且最佳化透鏡相位圖案。此研究目的在於提供非偏振光之中小尺寸手持式3D顯示器。（請參考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

— 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 —

自反射X射線：小型(COMPACT) X射線源

以雷射加速粒子提供了縮減硬X射線源(hard-X-ray，指較短波長的X射線)尺寸的方法。科學家已開發出一種簡單的方案，藉由單一雷射脈衝同時產生和散射電子束以製造出耀眼閃亮的硬X射線。

自從1890 年代發現以來，X射線已成為科學發展的一項重要工具。藉由同步加速器製造的X射線可用於探測微觀物質，例如藥物的發現、材料學和考古學等等。但同步加速器是龐大且昂貴的設備。世界各地的研究人員目前正努力研究使用雷射加速粒子的加速器¹當作X射線源^{2, 3}時要如何縮減其尺寸以及其成本。

一旦帶有高能量的帶電粒子(例如電子)運動方向產生改變，便會發射出X射線。這變化可以藉由同步輻射加速器內的磁場或雷射電漿加速器內的強集中力造成，亦或利用強雷射脈衝的電場強迫電子上下振盪，該過程被稱為康普頓(或湯姆森)散射。電子束可以使用傳統的加速器⁴或雷射粒子加速器產生⁵。一雷射加速器需要使用兩個雷射脈衝同步和精確地對齊(複雜的實驗挑戰)，亦或將雷射脈衝能量一分為二，對半的能量可分別利用來進行粒子加速與散射。

在2012年5月Nature Photonics中提到，Kim Ta Phuoc和來自法國與美國的同事現已發展出使用單一雷射脈衝產生電子束和散射的方法⁶。他們說明此法每投射一次大約10⁸個光子可以產生能量超過100 kev以上的X射線能量。因為電子束非常小（大約1 μm ），產生的X射線可以用於高密度或厚物體內部小尺寸結構的高解析度圖像。

研究人員電透過一種稱為雷射電漿波電子加速(laser-wakefieldaccelerator)(註1) 的技術產生電子束，當通過電漿時強烈的雷射脈衝光產生的波就如同船在水上行駛一樣。電漿波可以掠過在電漿中的電子且加快他們使其有更高能量。Ta Phuoc 等人藉由將雷射聚焦於氣體噴流(gas jet)中形成長僅 3 毫米長的低密度電漿以產生高達100 MeV的電子能量，所需距離遠比傳統加速器來的更短。利用雷射電漿波電子加速器產生的電子束是很小的，直徑約1μm，而且在雷射脈衝後傳遞約10μm。為產生X射線，Ta Phuoc等人把薄塑膠箔放在氣體噴流的尾端。雷射脈衝的前端在接觸薄塑膠箔後立即使其離子化，因此形成高濃度的電漿。大部分的雷射脈衝接著看到高反射的「電漿鏡」(plasma mirror)⁷，同時朝向電子束反彈回來。當雷射脈衝撞擊電子束時，雷射光會使這些電子散開（圖1）。(註1：國立中央大學物理研究所碩士論文 “Tomography of a laser wakefield accelerator” 使用翻譯"使用斷層掃描技術探究雷射電漿波電子加速器"為題。)

電子束的能量使散射的光子能量產生顯著轉變—從最初的雷射能量約1 eV到X-射線能量超過100 kev。此雷射光子會以著電子束的軸向形成一狹窄錐體產生後散射。反射之後，因為電子束位在雷射脈衝後僅約10 μm的位置，因此光脈衝並不會在碰撞發生前繞射。

薄塑膠箔的擺放位置是使得X射線達到可能的最高亮度的重要關鍵。如果金箔在電漿中放得太前面，電子束將不會到達它的最大能量，因此產生較少X射線；如果放得太後面，這個雷射脈衝會產生繞射，因此減少X射線源的強度。如果箔剛好放在正確的位置，強大的雷射脈衝撞擊高能電子束產生非常亮的硬X射線源。

直到現在，最成功從雷射電漿交互作用製造X射線的方法是使用電子的「扭轉」(wiggle)，如同當電子在雷射電漿波電子加速器內被加速^{2, 3}或者利用雷射固體交互作用產生的高度諧振(high-harmonic)⁸。Ta Phuoc等人過去使用1 PW非常強的雷射脈衝，這是唯一達到較短波長的硬X射線能量的方法。相比之下，康普頓的散射技術只需要30 TW的脈衝便可產生了100 keV的能量。

電子束寬頻的本質造成X射線的寬頻譜。不幸地，很多X射線的應用需要窄頻譜的X射線。這個問題可以藉由利用雷射電漿波電子加速器產生準單能(quasi-monoenergetic)的電子束(在正確的條件下)去克服^9-12或利用X射線鏡(X-ray mirrors)來使其寬帶輻射變窄，如同傳統同步加速器中光束線的作法一般。

與目前的同步加速光源(在較高的能量下)相比，結合極小的光源尺寸、低發散及短脈衝的技術提供了非常高的峰值亮度(10²¹ photons/(s．mm²．mrad²．0.1 %bandwidth)。然而，目前系統使用30 TW鈦藍寶石雷射，操作在最大頻率只有10 Hz的條件下，此X射線源的平均亮度是相對較低的。儘管如此，此一簡單的架構應該可使其容易地讓雷射系統調整到千赫頻率的操作規模。或許以高頻率操作雷射作為驅動的X射線系統完成的那天即將到來。

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).