第九十七期 2014年6月刊
 
 
 
發行人:林恭如所長  編輯委員:吳肇欣教授  主編:林筱文  發行日期:2014.06.20
 
 

 本所孫啟光教授當選為「第十二屆有庠科技講座」,特此恭賀!

獎項 類別 姓名
第十二屆有庠科技講座 光電科技

孫啟光教授

 本所林清富教授榮獲「第六屆有庠科技發明獎」,特此恭賀!

獎項 得獎發明專利名稱 姓名
第六屆有庠科技發明獎

混合型異質接面薄膜太陽能電池結構及其製作方法
Mixed-typed heterojunction thin-film solar cell structure and method for fabrication the same

林清富教授

 本所林恭如教授矽量子點全光波導調變器榮登Laser and Photonics Review,特此恭賀!詳情請參閱本校網頁最新消息(http://host.cc.ntu.edu.tw/sec/schinfo/schinfo_asp/ShowContent.asp?num=1180&sn=12524)。

 本所吳育任教授指導碩士生楊宗叡同學榮獲「2014 ISNE Best Student Paper Award」(oral presentation),特此恭賀!

本所6月份演講公告:

日期

講者簡介 講題 地點 時間

光電所專題演講

6/20 (Fri) Prof. James S. Speck
Materials Department at the University of California Santa Barbara

Progress in Nonpolar and Semipolar GaN-based Laser Diodes: Materials Studies and Advanced Devices

電機二館
105演講廳
15:30~17:00

 

 
 
5月份「光電所專題演講」花絮(花絮整理:姚力琪)
時間: 103年5月2日(星期五)下午3點30分
講者: 沈士傑總經理(力旺電子)
講題: 從技術開發到技術授權產業
 

沈士傑總經理於5月2日(星期五)蒞臨本所訪問,並於博理館101演講廳發表演說。沈總經理本次演講題目為「從技術開發到技術授權產業」。本所教師及學生皆熱烈參與演講活動,演說內容豐富精彩,與現場同學互動佳,師生皆獲益良多。

 

沈士傑總經理(右)與本場演講主持人王維新教授(左)合影

 

時間: 103年5月9日(星期五)下午3點30分
講者: 邰中和董事長(緒揚管理顧問股份有限公司)
講題: 藍海策略
  邰中和董事長於5月9日(星期五)蒞臨本所訪問,並於博理館101演講廳發表演說。邰董事長本次演講題目為「藍海策略」。本所教師及學生皆熱烈參與演講活動,演說內容豐富精彩,與現場同學互動佳,師生皆獲益良多。
 

邰中和董事長(右)與本所所長林恭如教授(左)合影

 

時間: 103年5月16日(星期五)下午3點30分
講者: 王道維教授(清華大學物理系)
講題: 台灣青年未來所面臨的困境與挑戰
  王道維教授於5月16日(星期五)蒞臨本所訪問,並於電機二館105演講廳發表演說。王道維教授本次演講題目為「台灣青年未來所面臨的困境與挑戰」。本所教師及學生皆熱烈參與演講活動,演說內容豐富精彩,與現場同學互動佳,師生皆獲益良多。
 

王道維教授(左)與本場演講主持人王維新教授(右)合影

 

時間: 103年5月23日(星期五)下午3點30分
講者: 簡明仁董事長(第一金融資產管理股份有限公司)
講題: 創業融資實務
  簡明仁董事長於5月23日(星期五)蒞臨本所訪問,並於博理館101演講廳發表演說。簡董事長本次演講題目為「創業融資實務」。本所教師及學生皆熱烈參與演講活動,演說內容豐富精彩,與現場同學互動佳,師生皆獲益良多。
 

簡明仁董事長(左)與本場演講主持人王維新教授(右)合影

 

時間: 103年5月30日(星期五)下午3點30分
講者: 劉軍廷所長(工研院電光所)
講題: 電子與光電產業的前瞻研發趨勢
  劉軍廷所長於5月30日(星期五)蒞臨本所訪問,並於電機二館105演講廳發表演說。劉所長本次演講題目為「電子與光電產業的前瞻研發趨勢」。本所教師及學生皆熱烈參與演講活動,演說內容豐富精彩,與現場同學互動佳,師生皆獲益良多。
 
 

~ 2014 台大光電盃  花絮報導

(時間:103年5月4日;地點:臺灣大學舊體育館

花絮整理:所學會會長陳廷豪

2014 台大光電盃在陽光灑滿整地的星期日中午正式在台大舊體育館激烈展開。今年比賽的項目有3項,分別是街頭3 vs 3籃球賽、神奇罰球賽和羽球錦標賽,賽前不斷有人詢問神奇罰球到底是在玩什麼東西,不過主辦單位說不講就是不講,極度保密到家,為的就是給參賽者一份小驚喜。光電盃這次的籃球和羽球除了前3名有大獎可以抱走之外,還有獎盃可以扛回家,因此報名的人數可說是非常踴躍!

首先開始的是街頭3 vs 3籃球賽,今年報名的隊伍共14隊,採單淘汰賽制。大家為了那金光閃閃且象徵榮耀的獎盃,揮灑著青春的汗水在球場上,被撞倒了就爬起來再戰,每個人的奮戰精神真是值得讚賞。

街頭3 vs 3籃球賽前3名:
冠軍:廖亮、陳彥安、徐維志、傅柏翰
亞軍:黃胤傑、鄭功聖、尹新逸、張立成
季軍:李明駿、杜長耕、翁啟銘、林群涵

緊接著就是神奇罰球賽,有別於正常的罰球只有投籃球,這次我們準備了5種球類來進行罰球,分別是籃球、排球、足球、羽球和網球,每種球類投3次,共15顆,比比看誰投進的多。小編也參與了神奇罰球,最後很可憐地只投進了4顆,無緣大獎,因此更加佩服怎麼會有人這麼厲害可以投進10顆以上。

神奇罰球賽前3名:
冠軍:韋力天
亞軍:尹新逸
季軍:張維甫

最後是我們的羽球錦標賽,羽球錦標賽分成單打與雙打,單打共7人報名,雙打共6隊報名,採單淘汰賽制。每個人都卯足全力力拼得獎,因此場邊不時傳出驚呼聲,整個羽球場沸沸揚揚。

羽球錦標賽單打前3名:
冠軍:韋力天
亞軍:李政頡
季軍:蔡政剛
羽球錦標賽雙打前3名:
冠軍:翁孟愉、李健銘
亞軍:洪乾益、傅柏翰
季軍:曾維宣、張榮宏

2014 台大光電盃到此順利結束,感謝光電所的老師以及所辦對於所學會的支持與鼓勵,也感謝報名光電盃的參賽者以及到場加油的觀眾,期望這次活動能讓大家活絡活絡筋骨以及增進實驗室之間的情誼,最後謝謝所學會的夥伴,有你們真好!

 

 

 
 
 

~ 2014「奈米能源科技的趨勢、挑戰與機會」國際會議

(時間:103年5月13日;地點:臺灣大學博理館)

花絮整理:傅惠君

由臺灣大學光電所何志浩教授主辦的「2014 奈米能源科技的趨勢、挑戰與機會」國際會議於5月13日圓滿落幕。本次會議提供了一個專業多元的學術—產業交流平台,聚集了各界頂尖學者與工程師,包含材料科學家、電子工程師、物理學者等,描繪未來「奈米能源科技」所在的跨領域之世界舞台。藉由本次研討會我們將最新科技更快推向商業市場。無論是在學術界的莘莘學子或是產業界的科技先驅、或甚至是投資者,在此都能創造彼此的機會,並對產業與學術領域的研究與啟發有莫大的幫助。

我們很榮幸邀請到Plenary講者Chennupati Jagadish教授(澳大利亞科學研究院副院長暨院士)與Paul Yu教授(前任加州大學聖地牙哥分校副校長與IEEE electron device society president)以及各界學術卓越的先鋒,與我們分享豐富且前瞻的科技研究成果。並藉由panel session共同研討國際間發展中最熱門或前瞻之研究主題,激發更具開創性之研究主題及擴展跨領域與跨國知識交流。能親炙世界頂尖學者,必然對提升視野、專精術業、增廣見聞有莫大的影響,讓奈米能源產業做出更多的碰撞,提供青年光電科學家在專業上與工作上交流的機會。

在此非常感謝臺灣大學電機資訊學院、光電工程學研究所及研究發展處等相關單位協助支持本活動,使整個會議之籌辦工作能更加順利進行,並能順利地完成整個會議的舉辦。

圖一、(左起)何志浩教授、林恭如教授、洪瑞華教授、Paul Yu教授、Jagadish教授、李清庭教授、郭浩中教授、黃建璋教授

圖二、與會學者於博理館前合影

 

 

 

 
     
 
 
Graphene to substrate energy transfer through out-of-plane longitudinal acoustic phonons

Professor Chi-Kuang Sun

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 孫啟光教授

Graphene is often deposited on substrates for practical purposes. The graphene-substrate interactions have been the focus of many discussions because they induce property modifications and result in considerable energy transfer at the interface. However, the proposed mechanisms were restricted to the 2D plane and interface, while the energy conduction in the third dimension is hardly considered. Herein, we applied nano-ultrasonic spectroscopy with a piezoelectric nano-layer embedded in the substrate to study the energy transfer perpendicular to the interface of the combined system of the 2D graphene and the 3D base. The result revealed energy dissipation of optically excited graphene via emitting out-of-plane longitudinal acoustic phonon into the substrate. We found that, under photo-excitation by a femtosecond laser pulse, graphene can emit longitudinal coherent acoustic phonons (CAPs) with frequency bandwidth over 1 THz into the substrate. In addition, the waveform of the CAP pulse infers that the photo-carriers and sudden lattice heating in graphene caused modification of graphene-substrate bond and consequently generated longitudinal acoustic phonons in the substrate. The direct observation of this unexplored graphene to substrate vertical energy transfer channel brings new insights into the understanding of the energy dissipation and limited transport properties of supported graphene.

Fig. (Left)The schematic of applying femtosecond laser pulses to study energy transfer at the interface of graphene and substrate. (Right) The experimental data of differential transient transmission (T/T) that reveals the generation of out-of-plane longitudinal acoustic phonon in the substrate by the exclusively photo-excited graphene.

Reference: I-Ju Chen, Pierre-Adrien Mante, Cheng-Kai Chang, Szu-Chi Yang, Hui-Yuan Chen, Yu-Ru Huang, Li-Chyong Chen, Kuei-Hsien Chen, Vitalyi Gusev, and Chi-Kuang Sun, “Graphene-to-substrate energy transfer through out-of-plane longitudinal acoustic phonons,” Nano Letters, 1317−1323, 14, 2014

 

Investigation of designated eye position and viewing zone for a two-view autostereoscopic display

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

Designated eye position (DEP) and viewing zone (VZ) are important optical parameters for designing a two-view autostereoscopic display (Figs. 1 and 2). Although much research has been done to date, little empirical evidence has been found to establish a direct relationship between design and measurement. More rigorous studies and verifications to investigate DEP and to ascertain the VZ criterion will be valuable. We propose evaluation metrics based on equivalent luminance (EL) and binocular luminance (BL) to figure out DEP and VZ for a two-view autostereoscopic display. Simulation and experimental results (Fig. 3) prove that our proposed evaluation metrics can be used to find the DEP and VZ accurately. (Optics Express, Vol. 22, Issue 4, pp.4751-4767, 2014.)

Fig. 1. Schematic diagram for a two-view autostereoscopic display design. The figure is for illustration and not to the scale. In practice, Z>>f and PE >>PD.

Fig. 2. The VZ defined by geometric line plot from side sub-pixels. The figure is for illustration and not to the scale. In practice, Z is much greater than f and PE is much greater than PD.

Fig. 3. Experiment for verifying the reconstruction map based on equivalent luminance. Calcuated peak LReq at the first lobe (+1) is at (x, y, z)= (17.5~17.75, 0, 103~104.5). The observed pictures for (a) a B/W pattern and (b) natural picture are shown at the observation point (17.5, 0, 103) marked at (c). Those for (d) a B/W pattern and (e) natural picture are shown at the observation point (15.5, 0, 103) marked at (f).

 

 

     
 
 
論文題目:有機高分子光伏載體—受體系統的形態特性研究

姓名:林有恒   指導教授:吳忠幟教授

 

摘要

由高分子與富勒稀衍生物所製作的太陽能電池系統(圖一),已經被視為最有潛力的再生替代能源選項。在許多高分子與富勒稀的材料組合中,聚噻吩(P3HT)和苯基碳61丁酸甲酯(PCBM)是目前最被廣泛研究的題材。然而,最近的研究報導指出一個新的受體材料:茚-碳60雙加成物(ICBA),用來取代PCBM作為P3HT系統的新受體材料(圖二),其較高的最低未填滿軌域能階(LUMO),使得太陽能電池的效能獲得明顯的提昇。然而,除了能階的影響以外,深入的形態討論對瞭解ICBA和PCBM的元件效率的差異也會有幫助。

在這篇論文中,我們比較這兩個載體-受體混合系統:P3HT/PCBM和P3HT/ICBA的光譜以及形態特性,利用光學顯微鏡以及低掠角X光散射技術,我們發現不管是單一材料薄膜,或是混合載體-受體的薄膜,PCBM相對ICBA容易形成較大且規則的聚集或是結晶結構,和PCBM相較下,ICBA也相當程度的破壞P3HT的規則性排列。由於P3HT/PCBM系統可以形成較多、較大的規則相分離區域,P3HT/PCBM薄膜在高濃度PCBM摻雜的情況下,可以觀察到明顯的光學散射特性,然而這樣的特性在P3HT/ICBA的混合系統上並不明顯!這樣的結果表示,P3HT/ICBA的元件效率提昇並非來自主動層的形態品質提昇,而是其他的原因在元件效率提昇上產生更重要的影響。

圖一、高分子太陽能電池元件結構

圖二、P3HT、ICBA、PCBM分子結構

 

 

論文題目:奈米結構型態有機無機混成太陽能電池

姓名:趙俊傑   指導教授:林清富教授


摘要

研究涵蓋以砷化鎵作為材料的混成太陽能電池、固態染料敏化太陽能電池、以及熱載子太陽能電池。在以砷化鎵作為材料的混成太陽能電池方面,我們完成了一種結合透明導電高分子PEDOT:PSS與垂直型態n型砷化鎵奈米線的一種新型混成太陽能電池。在製作以二氧化鈦奈米柱作為光電極的固態染料敏化太陽能電池方面,研究結果顯示,具有足夠密集的二氧化鈦奈米柱陣列可同時提供足夠的染料吸附以及有效的載子收集能力。在熱載子太陽能電池的研究方面,我們製作了一種可收集熱載子的光電轉化新型裝置。

圖一、砷化鎵奈米線/PEDOT:PSS混成太陽能電池元件結構示意圖

圖二、以二氧化鈦奈米柱作為光電極之固態染料敏化太陽能電池元件結構示意圖

 

 
 
 

— 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、張劭宇 —

基於微光纖漏光角的折射率感測器

折射率感測器在生物與化學方面有很多的應用,近年來,利用光纖作為折射率的感測引起了廣泛的注意,光纖具有許多優點,像是體積小、可攜性以及高敏感度,目前有許多光纖感測器已經被開發出來,例如:表面電漿共振光纖感測器、干涉光纖感測器、強度光纖感測器、頻譜光纖感測器以及光子晶體光纖感測器,上述這些發明帶給我們生活中很多的應用。

對大部分的微光纖而言,環境介質的折射率通常比光纖內部介質的折射率還要小,因此光才可以被有效地侷限在光纖內部傳播而幾乎無損耗,但是如果環境介質的折射率大於光纖內部之折射率,此時光就會從光纖內部漏出來而不能在光纖內部有效地傳輸,在大部分的情況下這種現象是需要避免的,然而,在特殊的情況下,漏光的現象反而有很大的應用,在此研究工作中,研究者利用微光纖的漏光特性用來偵測環境介質的折射率。

微光纖的漏光現象如圖1(a)所示,其中,環境折射率定義為ne,光纖內等效折射率定義為neff,如果環境折射率大於光纖之等效折射率,則微光纖內的光會漏至環境介質中,基於司乃爾定律可以求得漏光角

 

圖1、微光纖之漏光情形 (a) 漏光輻射圖 (b) 漏光之輻射角

當把光纖沉浸在不同折射率的環境介質裡時,漏光之輻射角度也會有所不同,基於這個現象,環境介質的折射率可以藉由輻射角來計算而得,這種利用輻射角的概念提供了一個簡單的方法來感測環境介質折射率,而微光纖感測環境介質折射率之敏感度η也可由折射率與其差求得。輻射角與敏感度會隨著折射率而改變,其關係如圖2所示,輻射角會隨著ne變大而增加、敏感度η會隨著ne變大而減少,並且發現當ne趨近於neff時,η值就會增加至非常大,這意味者當環境介質與光纖介質折射率差不多的情況下光纖會有最佳的感測效果。

 

圖2、輻射角(實線)與敏感度(虛線)在不同ne下的關係圖(neff =1.4624 )。

在模擬模型中,光纖的核心直徑為5.3微米,單模態下其等效折射率neff =1.4624,光纖的周圍介質折射率ne=1.5000,模擬結果如圖3所示,波長405奈米的雷射被耦合至光纖中並且由左端傳播至右端,模擬結果說明了光會以角度12.885度的角度輻射出去,此角度值與計算的結果相符,並且在其它不同的環境介質折射率所得出的模擬結果均與計算的結果一樣,由此可知我們所使用的模型是正確的。

 

圖3、微光纖漏光之模擬(| E |2圖),輻射角θ= 12.885( ne = 1.5000)。

為了要量測輻射角,實驗架構如圖4所示,溶液被夾在基板中間,微光纖被沉浸在溶液中然後將一道雷射耦合至微光纖裡,當溶液厚度非常地薄時(大約等於微光纖直徑),三維角錐狀輻射圖可以近似於二維平面狀,經由記錄此散射的光訊號,就可以取得光纖漏光的分布情形。

圖4、實驗架構

在實驗中,利用波長405奈米之雷射產生輻射場,搭配不同體積百分濃度之溶液(PDMS : toluene),與之前模型預期的一樣,微光纖漏光所形成的光錐輻射圖可以被肉眼觀察到,圖5(a)為此實驗觀察到的光錐圖,圖5(b)–5(l)為不同濃度下由CCD所拍攝的輻射圖,在這些二維的圖形中,可得到光錐的截面圖,稱之為光叉,光叉角為漏光角的兩倍,根據模擬,微光纖裡會有許多模態存在,不過經由適當地調變光纖耦合器,光纖裡就可以只存在一些低階模態,而較高階之模態就不會存在於光纖中,圖5所示的光錐並不是由一條光線組成,它其實是由許多模態的光線所組成,若只考慮光錐最外邊界所形成的輻射光線,則這光線對應於光纖中最高的模態,因此可以準確地量測光叉的邊界來決定輻射角。

這裡所使用的光纖等效折射率neff =1.4624,而環境折射率ne(即溶液折射率)可以由公式求得,針對不同濃度溶液所量測得的平均輻射角與計算出的折射率值如表1所示,由此可知,當溶質PDMS濃度越來越大時,輻射角就會越來越小。並且另外以圓點的記號標示在圖6上,這些數據說明當溶液濃度越來越大時,ne就會越來越小,經由上述方法,此實驗所量測的精確度可達0.001,這樣高的精確度代表著此種方法與其他感測技術一樣是具有高敏感度的,同時,也可利用Abbe折射率儀器來量測環境折射率,這兩種方法所測得的結果比較可以由表1與圖6所示,它們的絕對差值|Δn |也列於表1最下方一排,由結果可看出此兩種方法所測得的結果非常相近,在濃度1:8的時候差值0.0013為最大誤差,而當濃度1:0.75時差值0.0001為最小誤差,測量出的絕對差值最大不超過0.0013,相反地,由表1可知,當環境折射率越小時會有較好的敏感度,整個趨勢證明了|Δn |在環境折射率較小的情況下會比環境折射率較大的時候小。

表1、在405奈米波長下分別由輻射角理論以及Abbe折射率儀器量得的比較。M.A.為輻射角、RI(L)為藉由輻射角理論求得的折射率、RI(A)為藉由Abbe折射率儀器量出的折射率。

 

圖5、(a) 405奈米之輻射光錐圖. (b-l) 405奈米中以以下11種不同濃度(1:8, 1:6, 1:5, 1:4, 1:3, 1:2.5, 1:2, 1:1.67, 1:1.33, 1:1, 1:0.75)下的輻射圖

圖6、405奈米波長下分別由漏光理論(紅點)以及 Abbe折射率儀器(黑點)在不同溶液濃度下的結果

大部分的介質折射率都會有色散的問題,意即在不同波長下,同一種介質其折射率也會有所不同,因此一個好的感測器即使在不同波長下也能精確地量出折射率,在上述實驗是利用波長405奈米雷射來完成整個操作,事實上,這種方法不限於此波長的雷射,另外一個實驗是利用波長532奈米雷射來完成整個操作,由結果來看,微小的誤差以及良好的敏感度在此波長下也可以獲得,理論上,這種方法不管在何種波段下皆可以有效的量測出介質折射率。

此研究實現了基於輻射角的寬頻微光纖感測器,證明這種感測器即使在不同波長下也會有很好的感測效果,它是一個非常簡單又可以攜帶的技術,而這些優點提供量測領域方面更多實質的應用。

 

參考資料:

F. Gao, H. Liu,* C. Sheng, C. Zhu, and S. N. Zhu, “Refractive index sensor based on the leaky radiation of a microfiber,” OPTICS EXPRESS, Vol. 22, No. 10, 12645-12652, 2014. DOI:10.1364/OE.22.012645

http://www.opticsinfobase.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-22-10-12645

   
 
 
 
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