第104期 2015年1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:2015.01.30
 
 
12月份「光电所专题演讲」花絮(花絮整理:姚力琪)
时间: 2014年12月5日(星期五)下午4点30分
讲者: Prof. J. E. Bowers (University of California Santa Barbara, USA)
讲题: Heterogeneous Integration for Silicon Photonic Integrated Circuits
  Prof. J. E. Bowers于12月5日(星期五)莅临本所访问,并于博理馆101演讲厅发表演说。Prof. J. E. Bowers本次演讲题目为「Heterogeneous Integration for Silicon Photonic Integrated Circuits」。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。

 

 

时间: 2014年12月12日(星期五)下午4点30分
讲者: Dr. Chia-Yen Huang (University of California Santa Barbara, USA)
讲题: Development of InGaN-based Nonpolar and Semipolar Green Laser Diode (LD) in UCSB
  Dr. Chia-Yen Huang于12月12日(星期五)莅临本所访问,并于博理馆101演讲厅发表演说。Dr. Chia-Yen Huang本次演讲题目为「Development of InGaN-based Nonpolar and Semipolar Green Laser Diode (LD) in UCSB」。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。
 

 

时间: 2014年12月19日(星期五)下午4点
讲者: 冯哲川教授(台湾大学光电工程学研究所)
讲题: 荣退演讲:「光电驰游11载—研究成果检述汇报」
  冯哲川教授于12月19日(星期五)于博理馆101演讲厅发表荣退演说。冯教授将于2015年1月荣退,为感谢冯教授对所上用心与付出,同时让冯教授的丰富学识经验有传承机会,特别邀请冯教授于本所专题演讲课程发表演说,将其研究分享给本所师生。冯教授本次演讲题目为「光电驰游11载—研究成果检述汇报」,本所教师及学生皆热烈参与演讲活动,演说内容丰富精彩,师生皆获益良多。
 

本场演讲者冯哲川教授

 

12月份「光电论坛」 演讲花絮(花絮整理:姚力琪)
时间: 2014年12月19日(星期五)下午4点30分
讲者: Prof. Hiroshi Amano(2014诺贝尔物理学奖得主;Department of Electrical Engineering and Computer Science, Graduate School of Engineering, Nagoya University)
讲题: History of the development of blue and UV LEDs and their impact on the future human society
  本所于12月19日(星期五)邀请Prof. Hiroshi Amano于博理馆101演讲厅发表演说。Prof. Hiroshi Amano为2014诺贝尔物理学奖得主,本次演说吸引本所教师及学生热烈参与。Prof. Hiroshi Amano本次讲题为「History of the development of blue and UV LEDs and their impact on the future human society」,演说内容丰富精彩,师生皆获益良多 。
 

本场演讲者Prof. Hiroshi Amano

 

12月份「光电所专题演讲」花絮(花絮整理:姚力琪)
时间: 2014年12月26日(星期五)下午4点30分
讲者: 濵口宏夫教授(国立交通大学应用化学系)
讲题: Raman microspectroscopy goes beyond “imaging”
  濵口宏夫教授于12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。濵口教授本次演讲题目为「Raman microspectroscopy goes beyond “imaging”」。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 。
 

濵口宏夫教授(右)与本场演讲主持人孙启光教授(左)合影

 

1月份「光电论坛」 演讲花絮(花絮整理:姚力琪)
时间: 2015年1月9日(星期五)下午4点30分
讲者: 石大成博士(光电科技工业协进会董事长)
讲题: 2015国际光年演讲活动—台湾光电产业发展30周年之回顾与展望
  石大成博士于1月9日(星期五)为2015国际光年巡回演讲活动莅临本所,于博理馆101演讲厅发表演说。有「台湾光电之父」之称的石大成博士本次演讲题目为「台湾光电产业发展30周年之回顾与展望」,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。
 

石大成博士(右)与本场演讲主持人蔡定平教授(左)

 

~ 2015国际光年台湾区首场巡回演讲暨揭幕式 ~

(时间:2015年1月9日;地点:台湾大学博理馆101演讲厅)

国际光年台湾区首场巡回演讲暨揭幕式,于2015年1月9日在台湾大学光电论坛盛大举办。2013年联合国在第六十八届大会会议中,决定宣布2015年为国际光年(International Year of Light and Light-based Technologies IYL 2015)。随后,由德国奥芬堡应用科学大学(University of Applied Sciences Offenburg)设立2015国际光年网页,为这个全球性活动拉开序幕。国际光年标志的意涵,绽放的光代表永续与恒常的生命之源,多色旗帜代表国际、包容、科学、艺术、文化、教育等人类文明中重要课题。为了响应国际光年这个全球性的盛事,台湾地区也举办一系列的营队与巡回演讲等学术活动来庆祝,并选定由国立台湾大学光电所,来举办国际光年台湾区巡回演讲揭幕式。揭幕式典礼特别邀请国立台湾大学校长杨泮池教授、中华民国光电学会理事长蔡定平教授、中华民国光电学会荣誉理事长李正中教授、中华民国光电工业协进会董事长石大成博士,以及台湾大学电机信息学院院长郭斯彦教授、台湾大学电机系系主任廖婉君教授、台湾大学光电所所长林恭如教授,与中华民国光电学会秘书长黄建璋教授等人,以及许多学术界重要贵宾与本校同仁莅临。

 

~ 2014光电所岁末餐会  花絮报导  ~

(时间:2014年12月29日;地点:台湾大学电资学院明达馆3F中庭广场

花絮整理:所学会会长苏郁翔

历经学运与食安风暴,回首2014似乎充满动荡,却也有更多温暖点滴,对每位同学有着各自不同的意义,无论成就扎实抑或沉潜酝酿,很开心大家能在年末一同参与餐会,跟同窗伙伴餐叙闲聊,共同分享这欢乐的气氛。今年除了准备餐点与邀约表演外,更有幸请多组同学现场献声展现精彩才艺,博得满堂喝采,热闹非凡。

图一、同学用餐及欣赏表演

图二、取餐情形

本次在周一举办的餐叙同学们报名踊跃,签到进场后渐渐热络起来,在电子琴悠扬的弹奏中谈笑。很荣幸邀请到所上的大家长—林恭如所长为我们开幕致词,林所长相当慷慨地支持我们的赠书计划,为《电的旅程:探索人类驾驭电子的历史过程》一书题字祝福同学,着实感激。紧接着由我们英气飒爽的副会长王鹏瑞主持,归功于他的安排与流利口条,表演的引介得以流畅地进行。

图三、电子琴社同学表演

图四、主持人王鹏瑞准备第一轮抽奖

同学陆续取餐完安顿下来,表演也进入下个阶段。由台大火舞社的两名同学为我们带来精湛的彩球表演,虽然因为活动的安全不能使用火焰,舞者的律动与漂亮的甩技仍令人相当佩服。

图五、火舞社表演(一)

图六、火舞社表演(二)

接着来到大家期待的抽奖活动。临时加码到12张的电影票引起同学们的鼓噪,相信得奖的同学们能享受到良好电影体验。另外还送出了实用的自拍夹、手机夹式镜头,以及同样「食用」的西堤餐券。

同时下一场的表演也准备妥当,由光电所学生报名的征才表演第一轮,陈彦璋、怀硕、吴孟融三位同学为我们带来了动人的弹唱,现场同学们为表演者热烈鼓掌,更为认识的朋友大声喝采喊安可。

图七、征才表演第一轮(一)

图八、征才表演第一轮(二)

如同演唱会现场的鼓噪才刚平息,魔术师陈彦霖又以精湛的技巧激起了观众的期待。开场就凭空变出了一瓶饮品呼应我们的餐会,令人惊叹连连。一位同学也受邀请与他上台互动,为表演更添欢笑趣味。

图九、魔术师变出饮品

图十、同学上台与魔术师一同演出

光电所同学卧虎藏龙,今天更是让大家见识到众多唱歌好手与乐器达人。郭令仪、王翔正、王家声带来陈绮贞的「太阳」,稳健的歌喉与吉他、卡轰(Cajon)鼓伴奏,婉转的歌声扣人心弦;古亭安以及游学谦演唱的 “I Won’t Give Up” 也大受好评。余音绕梁大家仍意犹未尽,本次的餐会也进入尾声。

图十一、同学们沉浸在美好歌声中

图十二、征才表演第三轮

所谓天下无不散的筵席,大家等待的活动高潮便是抽出压轴大奖。主持人首先为本次活动的顺利进行感谢每位参与的工作同仁,接着展开最后的摸彩!包括十二厨自助下午茶券、罗技计算机喇叭、后背包、拍立得相机。最后在满怀期待,每位同学都集气祈愿的紧张氛围中,抽出了最大特奖iPad的幸运得主!虽然没办法让每个人都得奖,来年仍然是人人有机会。也感谢同学们的捧场参与,希望大家都能在新的一年,拥有丰硕的努力回报!

这次餐会能顺利圆满完成归功于许多人的帮忙协助。谢谢所上的老师们支持,尤其是林恭如所长,答应为我们致词与题字赠书;感谢到场的吴肇欣教授热心帮我们抽奖。活动的流程中也在诸多方面受了所办行政小姐的帮助,谢谢姚力琪小姐在活动细节的指教还有协助公文的进行。也感谢博理馆、明达馆管理中心的吴先生、汪小姐给予器材与场地的借用协助。

活动流程也由衷感谢所学会的伙伴们。最可靠的副会长王鹏瑞妥善掌握当日流程,对于购置奖品、表演者们的联系协调以及整体活动的规划都出了很多力,功不可没。陈彦霖同学除了接下我们的表演委托,也帮忙活动策画与构思。陈廷豪学长提供各种活动经验建议与现场人力支持。杨媛茹同学热心帮忙,才有精美的海报视觉设计,还和郭令仪同学制作模样讨喜的抽奖宝贝球,完成精美的美宣工作。她们两人也另外和曾家盈同学支持餐会的签到与抽奖券发放,让大家能迅速入座。姚承佑同学推荐不少奖项,且为购买奖品奔波,也谢谢和他帮忙搬运器材的石汶橙同学与梁逸华同学。林晃岩教授实验室的林暐杰学长与王家声同学,陪我们留到最后收拾整理。还有长久以来一直关注所上活动的陈奕均学长与张晏硕学长,在一些细微之处也贴心提供了协助,感谢你们的勉励。以上,再次致谢为这场活动付出心力的成员们。祝大家有美好的新年,再会!

 

 
 
     
 

~ 2014年3D互动影像显示学术论坛 ~

(时间:2014年12月22日;地点:台湾大学博理馆)

近年3D立体影像内容与互动技术逐渐地普及且贴近使用者生活,为增进学术与产业交流,朝向高附加价值之3D立体与互动应用发展的宗旨,台湾3D互动影像显示产业协会(3DIDA)与台湾大学光电工程学研究所于2014年12月22日假台湾大学博理馆201室,举办「2014年3D互动影像显示学术论坛」,论坛协办单位为:云林科技大学与电子情报通信学会(IEICE)。

图一、论坛由3DIDA理事长黄乙白教授致词揭开序幕

在3DIDA学术推动委员会与林晃岩教授的邀请与安排下,六位在3D立体影像与互动技术领域学有专精之学者与会分享先进技术发展与未来应用,内容包括软件与硬件,范围涵盖学理与应用,议程表列如下:

图二、论坛议程表

图三、陈建宇教授演讲

博理馆201室会场外,并邀请3DIDA协会旗下之光电厂商会员莅临展示自有3D立体影像与互动技术,包括:台大洪一平教授实验室、尼欧立体高清影像公司、英特盛科技股份有限公司、铂金科技有限公司,希望藉由本次论坛激发学术与产业界的共鸣,促进学术与产业界的合作,达到双赢的伙伴关系。

图四、铂金科技有限公司展示

论坛议程结束后,3DIDA举办会员大会,颁发本年度硕博士论文奖,并由三位博士论文奖获奖者进行论文成果的简短报告,硕士论文奖获奖者则以海报展示论文成果,整天充实的议程在与会者合影后圆满结束。

图五、硕博士论文奖颁奖

图六、与会者合影

 

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 ~

【之三】

撰文:光电所硕士班学生李伟任

第一学期在苏格兰圣安德鲁斯修课完之后,第二学期便前往比利时布鲁塞尔进行硕士论文研究。

研究方面,因为只有一个学期的时间做论文,所以研究主题不会订得太广泛,我在布鲁塞尔自由大学(VUB)的B-Phot team做研究,B-Phot team是在欧洲光电领域相当有名的实验室,除了与根特大学等多所大学有学术交流之外,也与多所光电领域相关公司产学合作。因此硕士论文的题目也大部分都是与公司共同开立的。我的硕士论文题目是利用光学方法检测玉米是否有致癌物质,并与比利时Tomra Sorting公司合作。研究过程中,会有Promotor及Supervisor带你学习,Promotor通常都是教授而Supervisor会是博班的学长姐,大部分的时候都是由Supervisor与你讨论,除此之外不定期会与Promotor报告进度,另外每个月也固定会与公司的主管及研究人员开会。跟公司产学合作会比较有进度上的压力,主题都是公司现在想要开发或是面临到的一些问题需解决而寻求与学术界合作,所以其实题目都非常的应用,也可藉此了解公司的科技技术与市场。

B-Phot team对于硕士研究论文规划得相当好,在期中的时候会有一个较正式的期中报告,报告会请实验室几位教授或博士班学生一起参与,并针对你的研究做讨论给建议,以及确认研究的进度状况;而期末会有一个预口试,就是在summer school硕士口试之前,在学校里先模拟口试,有了预口试,在正式口试的时候会比较容易进入状况也不易紧张。

研究过程中,我与我的Supervisor的讨论还蛮频繁的,我的Supervisor是一位严谨的博士班学生,对于我的研究进度非常要求,因此在她的监督之下,我很快就有一些研究成果,此外她很能接纳不同的意见,若我有什么想法与她讨论,她会针对我的想法给予意见并让我尝试去做。虽然我的研究论文在量测实验的比重占很大部分,但我的Supervisor也会尽量让我多接触一些新的知识或工具,在光路的架设方面,她也建议我可以学光学仿真软件(Code V或Zemax)预测一下光路;我的实验所使用到的样品非常多,所以得到的数据也非常巨量,我也趁此机会学习了工业常用的统计软件(Unscramblers),在这跨领域的题目当中除了光电基础知识外,还认识了农业化学与工业统计相关的知识,着实收获丰硕。Supervisor在我做实验的过程中也力求我要完全理解后再开始动作,有任何问题或不了解的地方,她都很乐意再重复讲解,对于我们都比较不熟悉的领域像是统计方面,我们也分别去找资料阅读后再彼此讨论相互学习!

在最后写论文的期间,我的Supervisor也非常用心地帮我改论文,通常每个章节都会来回三至四次左右,虽然每次都要大改,但在写论文的过程中能深刻体会到中西文化对于学术写作的差异,此外对于格式以及文献参考的标准也非常高。

虽然只有一个学期的研究时间,不过在B-Phot team里面除了了解欧洲研究文化之外,也有相当不错的成果,我的研究成果也帮助我的Supervisor在学校举办的PhD Day中拿到了最佳论文奖,并且在San Diego的SPIE Optics + Photonics发表。(虽然自己无法参加有点可惜)。【精彩内容,下期待续~】

上图为实验所架设之光路系统

 

撰文:光电所硕士班学生陈井一

下学期做论文研究的学校,在出国前就已确定。其实在圣安修课期间,我们都会各自与下学期的指导教授联络,并要一些资料来看。一方面能让我们顺利地完成研究技巧(Research Skills)这门课,一方面也能让我们在下学期更快速地融入新的研究环境。

根特大学科学园区

而我选择了在比利时的根特大学(Ghent University)做研究。根特大学散布于整座根特城市,整座城市就是校园。我做研究的地点在根特大学的科学园区 (Technologiepark)。在这里做研究我们都会被安排一位Promoter(指导教授)和Supervisor(博士生)来带我们。到实验室报到的第一天,指导教授就在研究办公室为我安排了座位,很热情地介绍实验室的大家给我认识。办公室里大部分都是博士生和博士后研究生,所以一开始的时候压力蛮大的。但后来发现实验室的大家都很好相处,研究上遇到问题可以直接找他们讨论,他们都很乐于帮助你。指导教授的办公室就在隔壁,但老师通常很忙,没有太多时间和学生见面,但基本上还是很欢迎我们来找他讨论。

因为做研究的时间只有短短的半学年(约六个月),加上还要撰写论文,相较于在台湾做研究,时间上是蛮赶的。Supervisor都会从旁协助,给你一些想法,引导你进行实验。在这里Meeting的方式也比较不一样,没有那么频繁,也没有固定时间。基本上是四到五个星期一次,指导教授会另外寄信通知Meeting时间。Meeting主要就是在做这期间的进度报告,无论是成功的或失败的都得提出来,和实验室的大家一起分享讨论。

下午茶招待活动

在这边做研究期间,发现在这里大家都蛮注重生活质量的,过着朝九晚五的生活。而且老师非常不鼓励留太晚,有些实验室若要晚上留下来进行实验还得另外提出申请。基本上6点大家都离开的差不多了。努力做研究工作之余,整个研究单位偶尔还会办下午茶招待活动,让大家享受美好的下午时光,也让我们有更多机会和其它group的人员互相交流认识。【精彩内容,下期待续~】

 

撰文:光电所硕士班学生林诗颖

EMSP的课程安排中,在第二学期时,根据当初所选择的论文题目,学生们会分散在不同学校、不同实验室,我们不需修任何的课程,可以全心全意专注在论文研究上,由于只有短短的一个学期,研究题目通常都会是指导学长(supervisor)论文题目的其中一部份,因此,密切和指导学长沟通是很重要的。

由于我所选择的题目和之前在台大光电所的研究题目相关性不高,因此,一开始花了很多时间在背景的了解和熟悉仿真软件上,也一度很担心自己进度落后,所幸指导学长很有规划地分配好进度。另外,由于我的研究内容大多和仿真相关,指导学长也尽可能让我有机会实际操作、量测,增加学习的丰富度,因此,我认为能够定期和指导学长讨论是件相当重要的事。在研究过程中,难免会遇到瓶颈,除了自己找寻参考资料外,和同学、学长姐讨论也是很有效的方法,大家都很热心也很乐于分享所学,甚至是不同实验室的学长姐也都很乐于指导,而这种类似知识、资源共享的概念,对于我这种新手来说是有很大帮助的。在研究上,除了和指导学长讨论外,也会定期和教授meeting,只是和在台大比起来,频率相对低很多,约莫三个星期一次meeting,而教授通常也不会给予太多的评论,只会稍稍提醒下一步的方向,不过,若是有遇到任何瓶颈,定期的meeting都是很好的讨论时机。在整个研究过程中,我觉得他们给予硕士生很高的自由度,不论是在研究上或是时间的分配上,指导学长总是不断鼓励我提出新的想法和意见,就算是天马行空的想象都可以拿出来讨论。在讨论室,常常可以听到大家很热切地讨论某个议题,感受到他们对研究的热诚,我觉得这是相当宝贵的。

除此之外,报告方式也是一个很难得的学习经验。不论是课堂报告或是参加国际会议时,常常看到外国人利用适当的幽默感和简洁有力的报告方式吸引听众的目光,也能很成功地传达想表达的内容。而在这个学期中,我认为指导学长在报告方式上给予我很多的建议和帮助,从大方向到小细节,指导学长都很有耐心地提醒我,让我更了解他们是如何构想一份报告和表达自己的研究内容,再经过自己的思考消化后,也能渐渐补足自己的不足之处。

在这短短的一学期中,不仅是学习到新的知识,也感受到不同的研究方式,甚至是不一样的思考模式,这些和过去习惯方式的不同之处没有绝对的好坏,只是能更丰富自己的视野,也让自己有机会跳开既定的思考方式。【精彩内容,下期待续~】

 

 

 
     
 
 
3D Analysis of the influence of random indium alloy fluctuations in InGaN quantum wells on the device behavior

Professor Yuh-Renn Wu

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 吴育任教授

In this research project, our group worked with Prof. James S. Speck in SSLEEC in UCSB. We work on developing 3D analytical simulation tool to be capable to analyze the carrier transport and recombination behavior in random alloy InGaN quantum well. With the experimental result of indium distribution of InGaN quantum well obtained by Atom Probe tomography provided from UCSB. We analyze the influence of the intrinsic random indium fluctuation in the InGaN quantum wells on the carrier transport, efficiency droop, and emission spectrum in GaN-based light emitting diodes (LEDs). Both real and randomly generated indium fluctuations were used in 3D simulations and compared to quantum wells with a uniform indium distribution. We found that without further hypothesis the simulations of electrical and optical properties in LEDs such as carrier transport, radiative and Auger recombination, and efficiency droop are greatly improved by considering natural nanoscale indium fluctuations. The detail result is published in JAP 116, 113104 (2014).
 

Fig. 1. (a) The calculated QW conduction band potential map with indium fluctuations at a forward bias of 2.94V. The dark blue color shows the deepest potential (higher indium composition) in the QW. (b) One of the electron eigen wavefunction. The wavefunction localizes in the corresponding high indium region. (c) The calculated emission spectra when including the indium fluctuation at 20A/cm2 current density. The blue line is the average result of 20 random cases, the black line is the ideal uniform QW, and the dashed lines represent five different random fluctuation maps. (d) Change of emission peak energy with current density. Ideal QWs with 50% and 100% polarization values are shown for comparison. The blue circle is the emission peak calculated in the indium fluctuation case.

Fig. 2. (a) The simulated structure for modeling the carrier transport, which includes 6 QWs and one AlGaN electron blocking layer (EBL). (b) The calculated conduction band potential at 3.1 V. (c) The radiative recombination rate at a forward bias of 3.1 V. The unit is (1/cm3 s).

 

 

     
 
 
论文题目:像差变异最小化设计方法于共轭变化成像光学系统之研究

姓名:林贞宏   指导教授:林晃岩教授

 

摘要

本论文所呈现之内容为提出一像差变异最小化设计放方法于共轭变化之成像光学系统的研究结果。文献研究中发现瞳上球面像差(pupil spherical aberration)对达到像差变异最小化目标具有重要意义。本文基于像差之物理概念辅以数学方法融合并推导出一明确设计方法。为提高此方法于一般光学设计软件中之使用方便性,吾人将此方法转化以基本像差中的像散(Astigmatism)与畸变像差(Distortion)之代数关系之控制达成抑制瞳上球面像差方法之设计方法,称为像散与畸变像差控制达成瞳上球面像差最小化方法(ADC-PSAM)。共轭变化光学成像系统之ADC-PSAM设计流程与一般设计流程图整理于图一,从图中可之设计步骤较为简单。图二内容所示为瞳上球面像差与像散为正向关系与ADC-PSAM方法抑制瞳上球面像差变化于共轭变化时之成效。论文中亦以有限共轭成像系统(以内视镜镜头为例)与无限共轭系统(以变焦镜头为例)两类系统之设计实例验证理论的正确性。

图一 图二

 

论文题目:利用氧化硅中掺杂硅量子点进行全光调变研究

姓名:吴仲伦   指导教授:林恭如教授


摘要

由于硅量子点在红外光波长具有极强的自由载子吸收特性,因此我们进行全光自由载子吸收调变器的研究,图一为利用硅量子点进行全光调变之系统示意图,我们以一调变之紫外光光源激发硅量子点,使之在导带产生自由载子;另外,使用一未调变之红外光源由侧向注入硅量子点光波导结构,由于硅量子点内之自由载子吸收特性,使得注入之红外光被进行反向格式讯号调变。此外,我们发现当量子点尺寸由4.3nm缩小至1.7nm时,其自由载子吸收面积会由2.8x10-17cm2缩减至8x10-18cm2,虽然自由载子吸收面积会随着硅量子点尺寸缩减而劣化(如图二所示),但是我们发现自由载子活期将由~10ms增快至0.48ms,这是由于在动量空间中,量子局限效应使得电子电洞波函数之重合率会随量子点尺寸缩小而增加。接着,我们成功利用硅量子点建构出全光自由载子吸收调变器,并且呈现了全光反向归零讯号格式的调变,也发现当尺寸由4.3nm缩减至1.7nm,其最佳的调变位率可由100 kbit/s增快至2 Mbit/s。

图一、利用硅量子点进行全光调变示意图。

图二、自由载子吸收面积与硅量子点尺寸之关系。插图为硅量子点能带示意图随尺寸之变化情形。

 

 
 
 

— 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 —

碎形(fractal)图案电极的未来应用

碎形(fractal)是基于自相似性(self-similarity)原理构成的美丽图案。知名的例子有树木的分枝排列、河流或血管的网状系统分布等。现在,研究人员已经发现碎形可以被充分运用于创造具有优异光电特性之透明超薄金属电极(transparent ultrathin metallic electrodes)。

基于氧化铟锡(indium tin oxide)或氧化锌(zinc oxide)等导电性氧化物的透明电极,在太阳能电池、发光二极管和显示器等组件中扮演极为关键的角色。但是它们有些性能不尽理想,如:成本高、材质易碎以及不适合搭配有机材料一起使用等,因此,大多数的研究都致力于寻找替代品。其中的一个选择是使用超薄金属层(ultrathin metal layers)。Farzaneh Afshinmanesh和在美国史丹佛大学杰保(Geballe)先进材料实验室及光子科学研究所,与西班牙加泰隆尼亚的研究机构及巴塞隆纳先进研究室的同事,证明碎形几何之超薄铝电极的光电特性优于具有光栅或网格图案的金属电极(Nano Lett. 14, 5068–5074; 2014)。

提到透明电极的设计,高透光率是很关键的质量因素。作者研究了各种不同设计的铝电极,将其整合至硅光电检测器(silicon photodetector)之中。研究的图案包含线形光栅、网格与希伯特(Hilbert)和皮亚诺(Peano)碎形图案(图1)。除了光栅图案电极外,其余检测器之波长及偏振解析(polarization-resolved)实验(图2)的光电流响应(photocurrent responses)显示:在450-750奈米的宽带响应中没有任何的偏振依赖性(polarization dependence)(图3)。重要的是,以希伯特和皮亚诺碎形图案为电极的检测器有助于显著的改善其响应:相较于网格图案分别提高了40%和34%;而相较于光栅图案则是分别是提高了7%和3%。

图1、左图为希伯特碎形,右图为皮亚诺碎形

图2、对于电极量测其波长及偏振响应

图3、不同电极图案的特性。扫描式电子显微镜底下铝电极图案为(a)线性光栅(b)网格(c)希伯特碎形(d)皮亚诺碎形。(e-h)对于每一个电极量测其波长及偏振响应结果;平均波长和偏振响应分别为0.144,0.110,0.154和0.147 A/W。

分解传统碎形图案,将金属线转换成水平和铅直地平行图案,可以帮助说明观测后的物理现象,水平式光栅主要穿透垂直偏振光;反之,铅直式光栅则穿透水平偏振光(图4)。沿着碎形表面的反射影像显示出不同的亮区和暗区,分别表示低穿透率及高穿透率区域。
 

图4、(a,b)希伯特碎形分别分解成铅直和水平线。红色箭头为有效电场方向。(c-h)反射式光学显微镜底下,两种正交线偏振激光光源不同导线宽度的希伯特碎形的成像。上列对应水平偏振,下列对应垂直偏振。

碎形图案电极经由更进一步的研究可以证明能有效应用于相机、显示器及太阳能电池等。在最后一种情况,碎形图案可能对于光捕捉(light trapping)是有帮助的。
 

参考资料:

1. Maria Maragkou,Transparent electrodes: Fractal future, Nature Photonics 8, 817 (2014) doi:10.1038/nphoton.2014.257

http://www.nature.com/nphoton/journal/v8/n11/full/nphoton.2014.257.html

2. Farzaneh Afshinmanesh, Alberto G. Curto, Kaveh M. Milaninia, Niek F. van Hulst, and Mark L. Brongersma,Transparent Metallic Fractal Electrodes for Semiconductor Devices, Nano Lett. 14(9), pp 5068-5074 (2014)

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl501738b

   
 
 
 
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