光電所所訊

第101期 2014年10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：2014.10.30

本所林清富教授榮獲本校「103年度研發創新傑出獎」，特此恭賀！

本所林清富教授、林恭如教授指導碩士生同學榮獲「中國電機工程學會103年青年論文獎」，特此恭賀！得獎名單如下：

第二名：

獲獎同學指導教授論文題目

沈品均碩士生林清富教授半導體奈米結構於白光 LED高效率螢光材料之應用

第三名：

獲獎同學指導教授論文題目

鄭民奇碩士生林恭如教授
36 Gbit/s 16-QAM正交分頻多工直調注入鎖定弱腔雷射二極體傳輸於高密度分波多工被動光纖網路

本所陳奕君教授指導邱義忠博士生榮獲「台灣電機電子工程學會最佳博士論文佳作」，特此恭賀！相關網址：http://www.tieee.org.tw/index.php/64-awards/awards-list/177-2014。

本所10、11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

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

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

11/21 (Fri) 林彥穎博士
清華大學光電所研究員 利用光學方式觀察果蠅神經網路博理館
101演講廳 16:30~18:00

11/28 (Fri)
朱治偉博士
中央研究院應用科學研究中心

Conducting polymer for energy-related applications
博理館
101演講廳 16:30~18:00

9月份「光電所專題演講」花絮（花絮整理：姚力琪）

時間：

103年9月19日（星期五）下午4點30分

講者：

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

講題：

The Superlattice Story

朱兆祥教授於9月19日（星期五）蒞臨本所訪問，並於博理館101演講廳發表演說。朱教授本次演講題目為「The Superlattice Story」。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。

朱兆祥教授（右二）與本所林浩雄教授（左一）、馮哲川教授（左二），及本場演講主持人孫啟光教授（右一）合影

時間：

103年9月26日（星期五）下午4點30分

講者：

郭宗枋教授（成功大學光電所）

講題：

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

郭宗枋教授於9月26日（星期五）蒞臨本所訪問，並於博理館101演講廳發表演說。郭教授本次演講題目為「Development and critical issue for organometal halide perovskite-based hybrid solar cells」。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。

郭宗枋教授（右）與本場演講主持人孫啟光教授（左）合影

～光電所所屬實驗場所小型緊急應變演練～

（時間：103年9月22日，上午11:00~11:20）

撰文：陳姿妤

演練地點：電機一館101室。

演練內容：

本次演練主要目的為使人員在實驗室意外災害事故發生時各司其責，採取正確而有效方式控制災害，並落實實驗室人員具備緊急逃生之觀念與方式，以提高緊急狀況時的應變能力。

上午11:00於電機一館101實驗室（毒化物實驗室），假設學生進行實驗時，發生火災意外，學生緊急通報所辦公室人員，並進行全館廣播人員疏散。本所人員接獲通報後，即刻聯繫館舍系辦人員協助疏散支援；並緊急分組編派人員前往協助：於出口引導疏散人員儘速遠離館舍、協助火勢控制、進行滅火、設置人員禁止進入標示、設置救護站協助受傷同學、於集合區清點確認疏散人員名單。所辦人員同時持續緊急聯繫實驗室負責教師（王倫教授）、所長（林恭如教授）、副所長（黃建璋教授）及本所環安衛委員（蔡睿哲教授）前往電機一館出口廣場前集合；由所長、副所長、環安衛委員掌握現場狀況並進行指揮調度，確核實驗室全部人員疏散完畢，順利完成此次疏散演練。

此次疏散演練加強了大家在意外發生時，能即時進行緊急通報及疏散的觀念。感謝教師、同仁及同學們的全力配合。

檢討改進建議：

轉知電機系辦，人員使用廣播系統播報時，於實驗室內無聽到聲音，需派人檢測。並建議各樓層皆能裝設播報系統，以利事故發生於非一樓之其他樓層時，能儘速通報全館人員疏散。

圖一、電機一館101實驗室通報所辦人員

圖二、所辦人員接獲通報，即刻通知電機系系辦人員及相關人員協助支援

圖三、事發實驗室同學進行館舍廣播

圖四、事發實驗室同學敲門告知附近實驗室人員

圖五、分組編派人員前往協助

圖六、引導人員疏散

圖七、協助火勢控制，進行滅火

圖八、設置人員禁止進入標示

圖九、設置救護站，協助同學救護

圖十、人員疏散至戶外集合區，並確核清點

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

臺灣大學光電所邱奕鵬教授

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.

論文題目：含有各向異性材質之平面波導與表面電漿子結構之導波模態研究

姓名：劉暄浩指導教授：張宏鈞教授

摘要

本研究根據有限元法(finite element method)建立一套平面光波導模態解析法(planar optical waveguides mode solver)，得以求解由各向異性(anisotropic)材料構成的波導之導波(guided wave)和洩漏波(leaky wave)模態。所考慮的各向異性材料可具有任意的介電常數張量(permittivity tensor)，例如單軸材料之光軸(optic axis)可指向任意方向，如圖一所示。本研究特別著重複數有效折射率(complex effective index)的正確數值求解，並與可取得之解析解(analytical solution)比較，尤其著重決定模態洩漏量的有效折射率之虛部部分。當光軸僅在平行於波導界面之平面上改變方向時，本研究以相較於三十年之前所發表的解析方程式更有系統的方式分別推導出導波和洩漏波模態的解析特徵方程式(characteristic equation)，並展示所得到的複數有效折射率解析值與有限元素數值結果極為吻合。

圖一

此外本研究亦探討存在於金屬材料與單軸各向異性介電材料之接面上的表面波(surface wave)或是表面電漿子(surface plasmon polariton)模態，如圖二所示，當光軸落於接面之平面時，由求解所推得的特徵方程式，發現洩漏表面波的存在。最後，解析解與有限元素分析進一步推展於具有兩個接面結構上的表面電漿子模態的研究，此兩個接面結構由單軸各向異性介電材料、金屬薄膜與各向同性(isotropic)介電基座所組成。

圖二

論文題目：穩態下無功率損耗之磁驅動微機電鏡片

姓名：蔡君偉指導教授：蔡睿哲教授

摘要

本研究中提出兩組不同設計的微機電雙鏡片組元件，可應用於光連結系統，每組元件包含兩個45°組裝擺動式磁驅動微鏡片。我們利用磁性粒子附著在微鏡片的鏡板背面，並透過永久磁鐵的移動來控制鏡板的旋轉角度，故這種驅動方式不需要加入饋入導線即可遠端操控且可避免元件受到任何的電子損害。由於我們所製作的磁驅動微鏡片元件可產生大角度的旋轉，並透過微機電雙鏡片組元件之擺動角度的調整使得該元件具有光束精細微調和重新配置的能力。微機電雙鏡片組元件依照設計的不同可分為屋脊排列式和平行排列式兩組，其最大的擺動角度分別為16.9°和9.8°。圖一為磁驅動微機電雙鏡片組元件3-D結構示意圖（屋脊排列式）；圖二為磁鐵沿x軸方向移動之位置和旋轉角度的關係圖（屋脊排列式）。


圖一、磁驅動微機電雙鏡片組元件3-D結構示意圖（屋脊排列式）。	圖二、磁鐵沿x軸方向移動之位置和旋轉角度的關係圖（屋脊排列式）。

— 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、廖瑋珅 —

耦合雷射的驚人之舉

雷射的操作及其幫浦功率關係通常是直接相關的。若幫浦功率太低，則不會激發出雷射，但是當幫浦功率超過一個明確的臨界值就會激發出雷射，且輸出功率會隨著幫浦功率增加而增加。令人驚訝地，一個來自奧地利維也納科技大學(Vienna University of Technology in Austria)和美國普林斯頓大學(Princeton University in the USA)的團隊，觀察到在一個具有兩個互相耦合雷射的系統內會產生相反的行為現象(Nature Commun. 5, 5034; 2014)。不同於幫浦功率增加雷射功率越強的情況，當其中一個雷射關閉後，只有當幫浦功率減少時才會重新開啟運作。

這樣的現象被最近一個理論報告所預測(Phys. Rev. Lett. 108, 173901; 2012)。他們已經成功的將這種現象藉由使用兩個耦合的量子級聯雷射(quantum cascade lasers)操作在太赫茲(terahertz)頻段的實驗中展示出來。兩個單一模態碟型(disk-shaped)雷射（每一個的尺寸大約100微米），相距大約2微米寬以確保有強模態的耦合（如圖1所示）。當第一個雷射使用適當幫浦功率開啟工作模式時，同時提高第二雷射（一開始是關閉狀態）的幫浦功率，將會導致第一雷射切換成關閉狀態。

圖1、(a) 電子顯微鏡底下的量子級聯雷射；(b) 耦合雷射系統架構圖

這不尋常的現象在耦合雷射系統的“特殊點””(exceptional point)發生，且這樣的現象可以藉由仔細地調整幫浦功率誘發。在這特殊點，描述系統模態的非線性Maxwell–Bloch方程式有一個簡併的解─兩個耦合模態的特徵值聯集和具有相同的實部及虛部，因此可以得到相同的共振位置及寬度。兩個雷射在特殊點附近的模態可以展示出有趣且多變的反應，包含彼此間的互相排斥以及幫浦功率關係相反的異常現象（如圖2）。

圖2、發射頻譜及雷射模態。一雷射先關閉，當切換頻率時則重新啟動（兩個箭頭指出分離頻率）

尋找特殊點的實驗裝置對於控制系統的行為提供一個額外的選項，且這樣的方法是前所未見的。這對積體晶片(chip-integrated)元件的實現有直接相關，可使晶片的放置非常靠近彼此。在未來，光學損耗和耦合強度的反應的強烈依賴性或許可以被利用來做為高精度的光學感測器應用；或是用來設計非傳統及獨特性質的光電元件。

參考資料：	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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