光电所所讯

第101期 2014年10月刊

发行人：林恭如所长　　编辑委员：吴肇欣教授　　主编：林筱文　　发行日期：2014.10.30

本所林清富教授荣获本校「2014年度研发创新杰出奖」，特此恭贺！
本所林清富教授、林恭如教授指导硕士生同学荣获「中国电机工程学会2014年青年论文奖」，特此恭贺！得奖名单如下：

第二名：

获奖同学指导教授论文题目

沈品均硕士生林清富教授半导体奈米结构于白光 LED高效率荧光材料之应用

第三名：

获奖同学指导教授论文题目

郑民奇硕士生林恭如教授
36 Gbit/s 16-QAM正交分频多任务直调注入锁定弱腔激光二极管传输于高密度分波多任务被动光纤网络

本所陈奕君教授指导邱义忠博士生荣获「台湾电机电子工程学会最佳博士论文佳作」，特此恭贺！相关网址：http://www.tieee.org.tw/index.php/64-awards/awards-list/177-2014。

本所10、11月份演讲公告：

日期
讲者简介讲题地点时间

光电所专题演讲

10/31 (Fri) Prof. Jean-Louis Coutaz
University of Savoie, France Terahertz Optoelectronics: Basics, Technology and Applications 博理馆
101演讲厅 16:30~18:00

11/14 (Fri) Prof. Donghyun Kim
School of Electrical Engineering Yonsei University Surface-Enhanced Nanoplasmonics: Biosensor and Imaging Applications 博理馆
101演讲厅 16:30~18:00

11/21 (Fri) 林彦颖博士
清华大学光电所研究员 利用光学方式观察果蝇神经网络博理馆
101演讲厅 16:30~18:00

11/28 (Fri) 朱治伟博士
中央研究院应用科学研究中心
Conducting polymer for energy-related applications
博理馆
101演讲厅 16:30~18:00

9月份「光电所专题演讲」花絮（花絮整理：姚力琪）

时间：

2014年9月19日（星期五）下午4点30分

讲者：

朱兆祥教授 (Department of Electrical and Computer Engineering, University of North Carolina, Charlotte (UNCC))

讲题：

The Superlattice Story

朱兆祥教授于9月19日（星期五）莅临本所访问，并于博理馆101演讲厅发表演说。朱教授本次演讲题目为「The Superlattice Story」。本所教师及学生皆热烈参与演讲活动，演说内容丰富精彩，与现场同学互动佳，师生皆获益良多。

朱兆祥教授（右二）与本所林浩雄教授（左一）、冯哲川教授（左二），及本场演讲主持人孙启光教授（右一）合影

时间：

2014年9月26日（星期五）下午4点30分

讲者：

郭宗枋教授（成功大学光电所）

讲题：

Development and critical issue for organometal halide perovskite-based hybrid solar cells

郭宗枋教授于9月26日（星期五）莅临本所访问，并于博理馆101演讲厅发表演说。郭教授本次演讲题目为「Development and critical issue for organometal halide perovskite-based hybrid solar cells」。本所教师及学生皆热烈参与演讲活动，演说内容丰富精彩，与现场同学互动佳，师生皆获益良多。

郭宗枋教授（右）与本场演讲主持人孙启光教授（左）合影

～光电所所属实验场所小型紧急应变演练～

（时间：2014年9月22日，上午11:00~11:20）

撰文：陈姿妤

演练地点：电机一馆101室。

演练内容：

本次演练主要目的为使人员在实验室意外灾害事故发生时各司其责，采取正确而有效方式控制灾害，并落实实验室人员具备紧急逃生之观念与方式，以提高紧急状况时的应变能力。

上午11:00于电机一馆101实验室（毒化物实验室），假设学生进行实验时，发生火灾意外，学生紧急通报所办公室人员，并进行全馆广播人员疏散。本所人员接获通报后，即刻联系馆舍系办人员协助疏散支持；并紧急分组编派人员前往协助：于出口引导疏散人员尽速远离馆舍、协助火势控制、进行灭火、设置人员禁止进入标示、设置救护站协助受伤同学、于集合区清点确认疏散人员名单。所办人员同时持续紧急联系实验室负责教师（王伦教授）、所长（林恭如教授）、副所长（黄建璋教授）及本所环安卫委员（蔡睿哲教授）前往电机一馆出口广场前集合；由所长、副所长、环安卫委员掌握现场状况并进行指挥调度，确核实验室全部人员疏散完毕，顺利完成此次疏散演练。

此次疏散演练加强了大家在意外发生时，能实时进行紧急通报及疏散的观念。感谢教师、同仁及同学们的全力配合。

检讨改进建议：

转知电机系办，人员使用广播系统播报时，于实验室内无听到声音，需派人检测。并建议各楼层皆能装设播报系统，以利事故发生于非一楼之其它楼层时，能尽速通报全馆人员疏散。

图一、电机一馆101实验室通报所办人员

图二、所办人员接获通报，即刻通知电机系系办人员及相关人员协助支持

图三、事发实验室同学进行馆舍广播

图四、事发实验室同学敲门告知附近实验室人员

图五、分组编派人员前往协助

图六、引导人员疏散

图七、协助火势控制，进行灭火

图八、设置人员禁止进入标示

图九、设置救护站，协助同学救护

图十、人员疏散至户外集合区，并确核清点

Very Closely Located Dual-band Frequency Selective Surfaces via Identical Resonant Elements

Professor Yih-Peng Chiou's laboratory

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所邱奕鹏教授

Very closely located dual-band frequency selective surfaces (FSSs) are proposed. The ratio of two operating bands can be as low as 1.06. The proposed FSSs comprise simply a single-layer metallic pattern on a thin dielectric substrate. The mechanism to achieve the low ratio between two operating bands is attributed to two separated resonant modes caused by four identical elements in a unit cell. Asymmetrical meandered pattern is introduced to improve stability of frequency responses with respect to incident angles. Moreover, the ratio of the operating bands can be tuned through rotation of the elements with ratios in the range from 1.06 to 1.10. In order to validate the designs, the prototype of the dual-band FSSs has been fabricated and tested. And the measured results show good agreements with the simulated ones. This work is submitted to IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters and accepted for publication.

Fig. 1. (a) The prototype of proposed very closely located dual-band FSSs, comprising a single layer metallic elements of 0.357 mm linewidth on a 0.23 mm FR4 substrate (ϵ_r = 4.4, loss tangent=0.02) with periodicity of 20 mm. The size of the prototype is 840 mm× 580 mm. (b) The measured S₂₁ of the prototype along with the full-wave results which FSSs with 0.23 mm FR4 substrate of ϵ_r = 4.4 and ϵ_r = 4.6 (loss tangent=0.02) are simulated, respectively.

论文题目：含有各向异性材质之平面波导与表面电浆子结构之导波模态研究

姓名：刘暄浩指导教授：张宏钧教授

摘要

本研究根据有限元法(finite element method)建立一套平面光波导模态解析法(planar optical waveguides mode solver)，得以求解由各向异性(anisotropic)材料构成的波导之导波(guided wave)和泄漏波(leaky wave)模态。所考虑的各向异性材料可具有任意的介电常数张量(permittivity tensor)，例如单轴材料之光轴(optic axis)可指向任意方向，如图一所示。本研究特别着重复数有效折射率(complex effective index)的正确数值求解，并与可取得之解析解(analytical solution)比较，尤其着重决定模态泄漏量的有效折射率之虚部部分。当光轴仅在平行于波导界面之平面上改变方向时，本研究以相较于三十年之前所发表的解析方程式更有系统的方式分别推导出导波和泄漏波模态的解析特征方程式(characteristic equation)，并展示所得到的复数有效折射率解析值与有限元素数值结果极为吻合。

图一

此外本研究亦探讨存在于金属材料与单轴各向异性介电材料之接面上的表面波(surface wave)或是表面电浆子(surface plasmon polariton)模态，如图二所示，当光轴落于接面之平面时，由求解所推得的特征方程式，发现泄漏表面波的存在。最后，解析解与有限元素分析进一步推展于具有两个接面结构上的表面电浆子模态的研究，此两个接面结构由单轴各向异性介电材料、金属薄膜与各向同性(isotropic)介电基座所组成。

图二

论文题目：稳态下无功率损耗之磁驱动微机电镜片

姓名：蔡君伟指导教授：蔡睿哲教授

摘要

本研究中提出两组不同设计的微机电双镜片组组件，可应用于光连结系统，每组组件包含两个45°组装摆动式磁驱动微镜片。我们利用磁性粒子附着在微镜片的镜板背面，并透过永久磁铁的移动来控制镜板的旋转角度，故这种驱动方式不需要加入馈入导线即可远程操控且可避免组件受到任何的电子损害。由于我们所制作的磁驱动微镜片组件可产生大角度的旋转，并透过微机电双镜片组组件之摆动角度的调整使得该组件具有光束精细微调和重新配置的能力。微机电双镜片组组件依照设计的不同可分为屋脊排列式和平行排列式两组，其最大的摆动角度分别为16.9°和9.8°。图一为磁驱动微机电双镜片组组件3-D结构示意图（屋脊排列式）；图二为磁铁沿x轴方向移动之位置和旋转角度的关系图（屋脊排列式）。


图一、磁驱动微机电双镜片组组件3-D结构示意图（屋脊排列式）。	图二、磁铁沿x轴方向移动之位置和旋转角度的关系图（屋脊排列式）。

— 资料提供：影像显示科技知识平台 (DTKP, Display Technology Knowledge Platform) —

— 整理：林晃岩教授、廖玮珅 —

耦合激光的惊人之举

激光的操作及其帮浦功率关系通常是直接相关的。若帮浦功率太低，则不会激发出激光，但是当帮浦功率超过一个明确的临界值就会激发出激光，且输出功率会随着帮浦功率增加而增加。令人惊讶地，一个来自奥地利维也纳科技大学(Vienna University of Technology in Austria)和美国普林斯顿大学(Princeton University in the USA)的团队，观察到在一个具有两个互相耦合激光的系统内会产生相反的行为现象(Nature Commun. 5, 5034; 2014)。不同于帮浦功率增加激光功率越强的情况，当其中一个激光关闭后，只有当帮浦功率减少时才会重新开启运作。

这样的现象被最近一个理论报告所预测(Phys. Rev. Lett. 108, 173901; 2012)。他们已经成功的将这种现象藉由使用两个耦合的量子级联激光(quantum cascade lasers)操作在太赫兹(terahertz)频段的实验中展示出来。两个单一模态碟型(disk-shaped)激光（每一个的尺寸大约100微米），相距大约2微米宽以确保有强模态的耦合（如图1所示）。当第一个激光使用适当帮浦功率开启工作模式时，同时提高第二激光（一开始是关闭状态）的帮浦功率，将会导致第一激光切换成关闭状态。

图1、(a) 电子显微镜底下的量子级联激光；(b) 耦合激光系统架构图

这不寻常的现象在耦合激光系统的“特殊点””(exceptional point)发生，且这样的现象可以藉由仔细地调整帮浦功率诱发。在这特殊点，描述系统模态的非线性Maxwell–Bloch方程式有一个简并的解─两个耦合模态的特征值联集和具有相同的实部及虚部，因此可以得到相同的共振位置及宽度。两个激光在特殊点附近的模态可以展示出有趣且多变的反应，包含彼此间的互相排斥以及帮浦功率关系相反的异常现象（如图2）。

图2、发射频谱及激光模态。一激光先关闭，当切换频率时则重新启动（两个箭头指出分离频率）

寻找特殊点的实验装置对于控制系统的行为提供一个额外的选项，且这样的方法是前所未见的。这对积体芯片(chip-integrated)组件的实现有直接相关，可使芯片的放置非常靠近彼此。在未来，光学损耗和耦合强度的反应的强烈依赖性或许可以被利用来做为高精度的光学传感器应用；或是用来设计非传统及独特性质的光电组件。

参考资料：	1. Maria Maragkou, Lasers: Coupled laser surprise, Nature Photonics 8, 678 (2014). doi:10.1038/nphoton.2014.203 http://www.nature.com/nphoton/journal/v8/n9/full/nphoton.2014.203.html 2. M. Brandstetter, M. Liertzer, C. Deutsch, P. Klang, J. Schöberl, H. E. Türeci, G. Strasser, K. Unterrainer and S. Rotter, Reversing the pump dependence of a laser at an exceptional point, Nature Communications 5, Article number: 4034. doi:10.1038/ncomms5034

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