～ 光电所参与欧盟 European Master of Science in Photonics (EMSP) 硕士双学位计划  系列报导 ～

【之一】

撰文：光电所硕士班学生李妍仪

【续上期】

我在欧洲时去了不少国家与城市，包含荷比卢英法德义西等等。欧洲真的很美，每个城市的街道跟建筑都呈现不同的风味跟特色，在欧洲漫步在街头是很享受的，气候凉爽太阳也不会太大。个人很喜欢西班牙巴塞隆纳高第的建筑，充满奇幻的色彩，好像走进了宫崎骏的童话世界，令人叹为观止。德国就像日本一样，是欧洲比较独特，相当讲求纪律的国家。法国很浪漫，常常看到很多亚洲观光客到法国抢购名牌，不愧为购物天堂，其实在法国买名牌真的比台湾便宜很多，又可以退一笔税，但法国人本身好像不追求名牌，都是看到亚洲人在买。意大利出了很多有名的雕塑家与艺术家，有好多好多壮观的建筑，甚至连经过路边一座喷泉都可能是出自某大师的杰作。世界上最小的国家梵谛冈就在罗马境内，很难想象教皇在这个宗教国家的权力，居然可以如此富丽堂皇。英国的食物不是普通的难吃，伦敦内的博物馆很多都是免费的，大英博物馆是让我印象最深的博物馆，导览做得非常好，逛一整天都逛不完，喜欢博物馆一定要到伦敦去走一遭。

欧洲越北边治安越好，大城市治安会较差，像根特的小城镇就很安全。普遍来说，欧洲小偷扒手猖獗，相较之下台湾真的安全许多。在巴黎的地铁站，常见到逃票的人，通常在最头或最尾的车厢，两手空空、两人一组、肤色较深的很有可能是扒手。在车门即将关闭却又临时要出车厢，以及抱着孩子的妇人亦都有机会是。在欧洲随身贵重的物品一定要特别注意，有认识的亚洲女生在巴塞隆纳被抢，先把脏东西泼到她们身上，趁她们注意力分散时同伙就把她们的东西抢走了。也有同学在街上被没来由地用报纸打屁股；我骑脚踏车时有遇过被对向的脚踏车骑士推一把，当然在路上搭讪及调侃的人也很多，尤其喜欢调侃亚洲女生。

在欧洲旅游，如果提早规划，常常可以买到廉价航空的便宜机票。有看过布鲁塞尔飞到米兰的才卖八欧，越早买越便宜，提早规划交通的价位是火车>巴士>飞机，但离出发时间越近机票越贵，价差十分大，价位会变成飞机>火车>巴士。廉价航空的出发时间及机场位置通常都是比较冷门的，对行李的规定也很严，但对于学生来说真的很经济实惠。在欧洲旅游是有办法很省的，有网站专门提供沙发给沙发客，所谓的沙发就是睡别人家，大家互相提供别人方便，达到省去住宿费的目的，又可以结交朋友。

欧洲真的好好玩，唯一比较困扰的是每个国家的语言都不同，英文也不一定通。刚开始会怕怕的，但后来胆子越来越大，也不担心在语言不通的陌生环境，反正勇敢闯就对了！【全文完】

【之二】

撰文：光电所硕士班学生蔡孟珂

【续上期】

欧洲不比台湾，样样方便，英文也未必到哪都讲得通，Be prepared，把自己准备好，再出国。

出国必带：

A. 开放的心胸：在家靠父母、出外靠朋友。人在国外，一切都从厚脸皮开始，刚开始谁都不认识，第一步就是搭讪别人，认识新朋友！刚开始听不懂某些口音没关系，多聊天自然而然就懂了，别人听不懂自己也没关系，多讲几次就明白了。最重要的是：别灰心，友善待人别人也会友善待你。

B. 转接头：欧洲各地的插座规格不一，没有一个是跟台湾一样的，所以出国前请准备好各式各样的转接头，笔电和手机无法充电会囧到爆炸的。到他国旅行前，也请携带转接头，不是每个住宿地都会有转接头可以借用。

C. 智能型手机：不怕一万，只怕万一，刚到新环境，人生地不熟，也不一定会遇到有空带自己认识周围环境的朋友，有智能型手机 + google map，独自趴趴走就不是问题了。另外，旅行时迷路可不是闹着玩的，尤其是在当地人都不说英文的时候。（到别国旅行怕网络费太贵，请使用离线地图 + 无所不在的McDonald’s）

D. 第二只手机：不怕一万，只怕万一，智能型手机容易是歹徒下手的目标，如果手机被偷了，还有一只备用。（当然，在当地买最阳春的手机也不贵就是了）

E. 台湾特产：礼多人不怪，多准备一些送人的东西总是好的，以备不时之需。例如台湾明信片、凤梨酥、中国结…，有很多东西可以送的。另外我个人认为，东西不要第一次见面就送，等到变好朋友再送也不迟。（真心推荐凤梨酥，送礼自用两相宜）

F. 球拍：体育馆的羽毛球拍可以借到还不错的，但桌球拍就让人很无言，如果有在打桌球，桌球拍不大，就带到欧洲吧。

G. 隐形眼镜（如果有需要）：欧洲的价位...（咳咳咳）

H. 文具用品：当我拿出嚓嚓笔，外国人都很讶异！这才知道，原来嚓嚓笔也是不错的伴手礼。

I. 信用卡：可在国外提款机取款的那种，不怕一万，只怕万一，办了卡请记得开通，要能在国外提款才有用！

出国不必带：延长线、吹风机、笔记本等很多东西，因为到当地买就好了。除此之外，课本能带电子文件就不要带纸本了，回国时也是，以免增加负担。

出国了，一切都得靠自己。信息收集最重要，请善用Facebook和PTT。难得能够出国留学，一定要抓住机会，好好学习，增长见闻，才不枉费辛苦促成计划的人们、愿意给予赞助的人们、还有支持着自己的人们，也不枉费自己的努力争取。最后，无论你有没有要出国，祝福大家，有愉快且充实的学生生活。今日的付出会成为明日的能量，加油！【全文完】

 

【之三】

撰文：光电所硕士班学生苏建儒

【续上期】

认识了一群国外的好朋友是这一年的旅程中最特别的经历。记忆深刻如同老酒摆放在回忆的酒窖中；每当我越常想起过去，那香气益发浓郁。记得和三个英国朋友Paul、Marc、Johnathan一起为了专题熬夜设计一个高能量单模态固态激光。和美国同学Michael出走去伦敦，在贝克街扮福尔摩斯，徜徉大英博物馆。和室友们Imad、Faisal一起煮咖哩饭，并闲聊圣安的修课和未来工作。几次难得的下午，到德国朋友Mike家BBQ，去休闲中心打壁球。还有与EMSP伙伴的交谈，发现每个人都很有自己的想法，却尊重对方的意志。珍惜这些碰到的物理系朋友，即使他们拥有着跟我们所不同的文化价值观，但相处的时候，并不会表露西方文化的高傲。

我跟EngD和POED的三位朋友在考试完后的大合照 。

一开始很担心交外国朋友好难，总觉得外国人难以亲近。事实上，同理心是很重要的一点，我发现只要放开心，踏出去第一步，彼此间陌生的距离可以缩短很多。就像在台湾，很随口地关心朋友吃饱了没啊、去哪里玩啊，虽然是小小的关心，但在国外还是很受用的。除了这些口头上的关心问候，对对方文化有一些了解也是帮助很多。譬如说，如果有在看车，就可以跟英国人聊聊BBC很有名的车讯节目「Top Gear」，有在看影集，就可以讨论最新的「Sherlock Holmes」，看选秀节目的话，就谈「2012 British got talented」的哪个素人最厉害。这些都是会引起很大共鸣的话题，而且无形之中也让彼此创造出很多对话的机会，当然练英文这时候也就最快啦！如果要再更积极的话，请多多制造派对机会，各种名目都行，反正就是一个派对的借口，譬如庆祝室友回家啊、考完小考啊，大部分的外国人一定会热心参与的。就像在台湾交朋友一样，只要花心思付出，都会有很多收获。

至于跟外国教授的相处，我遇到的两位指导教授Tom和Klaus都是个性很随和的人。在专业领域上，可以讨论你任何觉得可行的想法，且不吝啬于给你回馈。研究上，给我的空间自由度都相当大，只要我觉得想法上可行的，就可以试试看。私底下的国外教授则真的是像朋友一样，不要看他们平常忙于计划、研究室的经营、带学生这么多繁忙的事务，但是日常生活中的活力却一点也不输年轻人。譬如说我就曾跟我们教授一起去PUB看足球比赛、吃BBQ、喝whisky。 他们很热爱自己的工作也热爱生活，创造出来的生命力因此很惊人。未来学弟妹只要保持平常该注意的礼貌，多观察教授的个性，思考研究该怎么做，其实外国教授不会很难相处的。

我和我的指导教授Klaus Metzger及研究室同学Mike Johanss，在做完激光讨论后的合照 。

在欧洲旅行的时候，常常会听到一些有趣的事情。大部人都听过华人被外国人说英文发音怪里怪气，但这点发生在西方人自身就挺匪夷所思的。其实只要是不同国家，西方人也会笑彼此口音。我的美国好朋友Michael有次去爱尔兰旅行，被一位爱尔兰人问路，Michael只稍微回答了一下，就被爱尔兰人说他的英文怎么会发音不标准，令人不禁莞尔。也有相同的例子发生在比利时；因为比利时语跟荷兰语相当接近，因此照理来说，比利时人与荷兰人沟通上是没问题的。但是不知道为何，荷兰电视节目制作人一定会把比利时来的频道打上字幕，这点也惹毛蛮多比利时人，听起来也是挺不可思议。

至于英国人有礼貌也是一件蛮特别的事情；请、谢谢、对不起一定常常放在嘴边，许多贴心的小动作更是不胜枚举。譬如说，如果英国人看到别人跟在后面走进来，一定会帮你把门拉着，让你进来。当你不小心撞到别人，在台湾通常是我们先说对不起 ，然而在英国却是别人会先跟你说对不起；询问过英国人的意见之后，才知道这是在表示他们觉得不好意思站在那边挡到你的路。关于英国国情中的过分礼貌，有个讽刺性的短笑话是这样写的：有个年轻的中国人，到了英国在应征工作的时候，被人家指正说讲的英文不好，过了一年，他讲的英文还是一样烂，不过英国人这时反而听得懂了，为什么呢？原来是他会说请跟谢谢了 ！从这小故事中就看得出来英国人多强调礼貌这件事情。

最后说说歧视这个议题，到各个国家还是难免会碰到这类的事，毕竟肤色不同，总是会引来不好的关注。我去伦敦时，只是拍摄有名的福尔摩斯住的贝克街，就被一个路过老太太讲死观光客；虽然旁边路人都说他是神经病不要理他，不过第一次遇到这样的事情还是很吃惊。更不用说在点餐的时候，常常没被注意到，需要三番两次提醒。华人也常是扒手的下手对象，周遭好多的同学都被偷了护照跟钱包。总而言之，在欧洲旅行或读书，都要保护好自身的安全，还有千万不要随便搭理陌生人以免惹祸上身。【全文完】

 

Professor JianJang Huang

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 黄建璋教授

Negative refraction was observed from a semiconductor light source with embedded PhC nanohole arrays. For TE mode, when photons interact with the PhC, changes between positive and negative group indices in the dispersive band structure modulate the group velocity, resulting in the confinement of radiation light to 10°. On the other hand, TM-mode photons are less perturbed by the air hole structure. This study uses 3D far-field analysis to visualize the energy distribution radiating from the devices and EFC analysis to obtain the group-velocity dispersion in PhCs. Theoretical and experimental results show that the inward and outward propagating light collide intensely near the Brillouin zone in the TE mode. The polarization-dependent spatial distribution makes it possible to achieve self-collimated electroluminescent devices, enabling negative refraction with short optical path lengths and larger numerical apertures for devices such as lasers and LEDs.

姓名：陈宏宾   指导教授：孙启光教授

摘要

氮化镓奈米柱是一个常被使用于光电组件和微机电组件的结构。然而当结构被缩小至奈米尺度时，一些有趣且和巨观尺度底下不同之行为，常常引人注意和被研究。这些新的行为和现象将会造成未来组件缩小化后，在设计和实作上的挑战。然而为了可以在制程的过程中，及时监控和量测材料的特性，一些量测的技术因此被发展出来。我们提出利用飞秒激光所激发的二维数组氮化镓奈米柱的音波局限模态来监控奈米材料的弹性系数(elastic stiffness contant)的改变。在这里的研究中，我们成功的利用电子束微影系统以及偶合电浆子干式蚀刻技术，制作出直径小于35nm的氮化镓奈米柱，并利用奈米超音波的量测技术观察不同直径大小下之奈米柱的径向呼吸模态。在我们的分析里，我们观察到当奈米柱直径小于50nm的时候，材料的弹性系数(elastic stiffness contant)会变小，我们推论这是因为氮化镓材料因尺度奈米化后，表面原子和原子之间的键结变弱造成的材料软化效应(softening effect)。 图一、直径163nm奈米柱量测结果，内图是奈米柱的电子显微镜图，呼吸模态的震荡载在实验所取的曲线上。 图二、内图为扣除掉背景曲线的呼吸模态震荡讯号，将这个讯号做fast-Fourier转换，即可得到样品所被量测的频谱。在频谱中，主要的频率极是呼吸模态的共振频率，频率为31.9GHz。

论文题目：适用太空环境的高效能光纤陀螺仪之抗辐超荧光光纤光源

姓名：彭子轩   指导教授：王伦教授

摘要

本博士论文解决了高性能光纤陀螺仪在太空应用中最重要的问题，论文中报告了掺铒光纤的辐射效应，提出了光退火法用以快速回复掺铒光纤的辐射损耗，也提出了反射率调整技术用以完全消除辐射造成超荧光光纤光源的平均波长漂移，结合这些方法，本论文提出的抗辐超荧光光纤光源可帮助高性能光纤陀螺仪拥有不受辐射影响的效能。 一般光纤的辐射损耗来自辐射游离的电子或电洞被陷获在光纤纤核中玻璃结构的点缺陷里，掺杂元素会使得光纤的辐射敏感度上升，因此掺铒光纤的辐射敏感度较纯石英纤核光纤来得高，掺铒光纤的辐射损耗主要来自共掺杂元素，例如：铝与锗，辐射损耗对辐射剂量关系可用幂次函数拟合得很好，本论文找到辐射敏感度对铝浓度有线性关系，其斜率为0.24 dB/m/krad/mole%。 波长532 nm光退火有非常优良的退火效率，掺铒光纤在波长900 nm到1700 nm的辐射损耗可被完全恢复(如图一所示)，从模拟计算的结果中推测在太空中掺铒光纤的辐射损耗可因此减低至0.002 dB/m。另一方面，反射率调整技术可使得超荧光光纤光源在辐射环境中维持相同的平均波长(如图二所示)，而且有着34 nm宽的频宽，结合上述两者技术，此抗辐的超荧光光纤光源可以保持稳定的平均波长以及大于40 mW的高输出功率直到累积辐射剂量为200 krad，此效能超越以往文献的结果，且优于超荧光二极管。 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 —

光子晶体：更卓越的数据处理

透过机械组装精密的结构，研究人员已经可以在三维光子晶体中导引通信波长的光(telecommunications-wavelength)绕过多个夹型弯(hairpin turns)。

长途光纤通信系统是因特网的主干，同时在能量的使用上、速度上、容量上以及距离上相当有利于数据的传输。然而，较短的距离时，如：挤满计算机的房间、办公室的网络或者计算机的主机板会以铜线与无线电传输为主，因为它们具有很大的空间适应性。因此，近几年对短距通信空间的适应性与效用性的改善引起大量的兴趣，以期达到两者皆备的世界。

在近期Nature Photonics中，Ishizaki及其同仁描述使用三维光子晶体，第一次展示任意选择导引非极化通信波段可绕过各种的突弯处。以木材堆栈方式的三维光子晶体将光束缚在具有高光子能隙的狭窄波导内，能隙范围内任何角度或极化的光都无法逃离。而且这种木柴堆栈集合的结构比一般三维光子晶体来得容易制造，它可以使用机械执行自动化的组合程序一次完成相同的一层的组合。

为了达到三维的周期性，自动化的操作更助于每个连续层的对准。这个以木材堆栈的结构在水平与垂直45°倾斜的方向上有着线型缺陷(line defects)以导引光的走向。值得注意的是连接处的组合促进了模态的匹配；因为纵向的波导模态与横向的波导模态的色散截然不同，这是针对过去努力的一大进步。研究人员藉由物理的直觉与有线差分时域模拟法(finite-difference time-domain simulations)制定横向－横向、横向－斜向与斜向－斜向组合的最佳耦合方法。然后不仅在1,220–1,450 nm范围内制造具有完整三维光子能隙特性的基本三维木堆结构，而且将一系列逐渐复杂的波导结构连接在一起。最惊人的结果是入射光被分开按路线传导至晶体另一面不同的出口。

要充分了解这些结果的意义，我们回顾一下信息传输科技的发展。在1876年电话发明后，工程师们开始使用金属线传输信息而且不受干扰。1966年，Charles K. Kao理论上描述了一种可能的方法在更长的距离传输更多的信息：即在极低损耗的玻璃纤维传送光波，而此纤维也就是所谓的光纤电缆。在往后的四年之内，Corning Glass Works的团队经过测试发展出比铜线多65,000倍传输量的光纤电缆，并取得专利。然而，一个完整的传输系统需要两种必要的要素：可快速调制且较便宜光源与可接收跟光源相同波长的接收器。

同年，光源的问题在室温下可进行连续波操作的半导体二极激光(semiconductor diode laser)发明下意外地被解决。接收器的问题可使用硅光电二极管(silicon photodiodes)克服，同时硅光电二极管已用在光电电池上。到1976年，光纤系统才开始用于商业上。然而，尽管光纤的应用已有长足的进步，但是要降低损耗依然有限制，特别是在800–900 nm的波段。为了增加长距离通信的波段范围，另一种创新发挥的作用：掺铒光纤放大器，可在千里之处放大与复原复杂的光讯号。在1988年，成功地展示跨大西洋的光纤传输。使光纤通信成为目前全球主要的数据传输方式，这是一个了不起的成就。这项科技不断地进步，如逐渐地利用密集相邻的波长与极化，让网络流量在过去十年的年均复合成长率达到40–50%。

最近，几个研究团队一直在探索长途光纤通信的成功是否适用于短距宽带来提高效率，其中包括高性能的计算和数据中心。在硅奈米光子学宽广的范畴中让高性能的光学连接有了希望。在这方法中，利用兼容于互补式金氧半导体(complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS))的制程程序制造光学组件，并与原先的电子层垂直地相连接。就像长途通信一样，关键的组件包含光源与被动式波导组件(类似光纤电缆)。

再者，奈米光子系统与其它子系统的封装与组装面临新的挑战，其中可能包括电子、微机械与微流体系统，还有异质材料如三五族化合物、量子点与奈米电浆材料的整合。鉴于未来空间的限制与多功能系统需求快速增加的可能性，使光能够在低损耗下顺着三维结构的复杂路径传输将是成功扩展与缩放系统的关键。

由于实验制程与量测技术的使用，Ishizaki 等人近期的工作相当重要。研发人员使用地球上丰富的硅制作出三维木头堆栈的光子晶体，他们可以精确地对齐硅同时在适当的尺寸下堆栈使其中具有空气缝隙而能够有最大的光子能隙与最低的损耗。校准与堆栈系统利用自动化的型态辨识(pattern recognition)以减少错误，似乎是世界上最先进的技术。真正的价值就在使用的当下，当然，所有扫描电子显微镜图看起来正是他们所要的。

研发人员在入口端使用聚焦至1.55 μm的高斯光束，并在预期的出口散焦来测量光学传输系统，同时比较这个对照实验中没有三维光子晶体的情况。结果虽然有噪声，但与可能使用的粗略估计与初步计算相比较是合理的。虽然确实的传输率不高(目前在0.01–1%的范围)，似乎足以为数据传输上的应用，而且未来会有系统地改进。

另一方面，可能因为空间的限制，Ishizaki等人过去所做的并未解决这些关键问题。尤其是波导结构对于偏光的灵敏度与保存性以及在一般准则下设计的适当水平－垂直波导连接都未被讨论。建议读者查询参考数据[11]以获得更多相关的内容。此外，实验结果欠缺任何直接的理论计算。即使特别的假设用来达到近似的匹配，到目前为止他们会提高对此的认识，知道在实验结构的制造中什么是好的与什么是需要改进的。如果Ishizaki 等人的方法扩展到更多复杂的光电路，此任务将变得严峻，因为如反射(back reflection)损耗会随着电路的复杂性快速增加。

需要更多的理论与模拟研究与Ishizaki等人的研究结果来相辅相成。在选定的与可谐调的波段做可用的研究将适当地做为波长分割多任务的应用，可在光通讯的标准下用于细分信道的传输容量。同时，新功能的研究包括光储存、超快数据传输、光子晶体表面放射激光与奈米电浆微型化组合成新型的材料似乎是有必要的，如图1所示。或许这个努力为替代一般光纤的可行性开辟了新的门径，无论何处发现的特殊价值都是难能可贵的。

图1、使用高效能的奈米光子光可能的新功能包含超快数据传输、光学储存、超灵敏生化感测与新式固态整合芯片光源