第112期 2015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:2015.10.30
 
 

本所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

11/6 (Fri) 邱爾德教授
國立陽明大學生醫光電暨分子影像研究中心
How Optical Microrheology & Microscopy Quantify Biophysical Markers to Complement the Biochemical at Cellular and Sub-cellular Level? 博理館
101演講廳
16:30~18:00
11/16 (Mon)

Prof. David J. Hagan

CREOL, UCF

Nonlinear refraction and absorption: Mechanisms, Characterization and Applications 電機二館
105演講廳
14:30~16:00
11/20 (Fri) 鄭木海教授
國立中興大學光電工程研究所客座教授
待訂 博理館
101演講廳
16:30~18:00
11/27 (Fri)

Dr. Robert Coffie

The Founder and President of RLC Solutions, LLC

Electron Trapping and Electric Field Management in AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistors 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: 104年9月18日(星期五)下午4點30分
講者: 林峰輝教授(國立臺灣大學醫學工程學研究所)
講題: The Development of Nanoparticles on Cell Imaging Tracking
  林峰輝教授於9月18日(星期五)蒞臨本所訪問,並於博理館101演講廳發表演說。林教授本次演講題目為「The Development of Nanoparticles on Cell Imaging Tracking」。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。

 

林峰輝教授(右)與本場演講主持人黃升龍教授(左)合影

 

時間: 104年9月22日(星期二)上午10點30分
講者: Prof. Mona Jarrahi (Electrical Engineering Department, University of California Los Angeles)
講題: New Frontiers in Terahertz Technology
  Prof. Mona Jarrahi於9月22日(星期二)蒞臨本所訪問,並於博理館101演講廳發表演說。Prof. Jarrahi本次演講題目為「New Frontiers in Terahertz Technology」。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。
 

Prof. Mona Jarrahi(右)與本所所長林恭如教授(左)合影

 

時間: 104年9月25日(星期五)下午4點30分
講者: 張守進教授(國立成功大學電機系)
講題: InGaN-based Photonic Devices with tunnel-junction-cascaded structure
  張守進教授於9月25日(星期五)蒞臨本所訪問,並於博理館101演講廳發表演說。張教授本次演講題目為「InGaN-based Photonic Devices with tunnel-junction-cascaded structure」。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。
 

張守進教授(右)與本所所長林恭如教授(左)合影

 

 
 
 

Plasmon-enhanced Photoluminescence of an Amorphous Silicon Quantum Dot Light-Emitting Device by Localized Surface Plasmon Polaritons in Ag/SiOx:a-Si QDs/Ag Sandwich Nanostructures

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

We investigated experimentally the plasmon-enhanced photoluminescence of the amorphous silicon quantum dots (a-Si QDs) light-emitting devices (LEDs) with the Ag/SiOx:a-Si QDs/Ag sandwich nanostructures (Fig. 1), through the coupling between the a-Si QDs and localized surface plasmons polaritons (LSPPs) mode, by tuning a one-dimensional (1D) Ag grating on the top. The coupling of surface plasmons at the top and bottom Ag/SiOx:a-Si QDs interfaces, resulting in the localized surface plasmon polaritons (LSPPs) confined underneath the Ag lines, which exhibit the Fabry–Pérot resonance. From the Raman spectrum, it proves that the existence of a-Si QDs embedded in Si-rich SiOx film (SiOx:a-Si QDs) at a low annealing temperature (300℃) to prevent the possible diffusion of Ag atoms from Ag film. The photoluminescence (PL) spectra of a-Si QDs can be precisely tuned by a 1D Ag grating with different pitches and Ag line widths (Fig. 2) were investigated. An optimized Ag grating structure, with 500 nm pitch and 125 nm Ag line width, was found to achieve up to 4.8-fold PL enhancement at 526 nm and 2.46-fold PL integrated intensity compared to the a-Si QDs LEDs without Ag grating structure, due to the strong a-Si QDs–LSPPs coupling (Fig. 3). (International Journal of Photoenergy (Volume 2015 (2015), Article ID 140617)

Fig. 1. Schematic view of a-Si QDs LEDs with a Ag/SiOx:a-Si QDs/Ag sandwich nanostructures.

Fig. 2. SEM images of a series of Ag gratings (samples B-E). Scale bar is 1 μm.

Fig. 3. The plots of the PL enhancement factor of samples B-E.

 

Direct QAM-OFDM Encoding of a Master-to-Slave Injection-Locked WRC-FPLD Pair for 28×20 Gbit/s DWDM-PON Transmission

Professor Gong-Ru Lin’s Laboratory

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 林恭如教授

This work demonstrated a master-to-slave injection-locked weak-resonant-cavity Fabry-Perot laser diode (WRC-FPLD) pair, which is capable of carrying an orthogonal frequency division multiplexed 16-quadrature amplitude modulation (16-QAM OFDM) data at 20 Gbit/s/channel for 28 channels in a dense wavelength division multiplexing passive optical network (DWDM-PON), as illustrated in Fig. 1. Since the lower front-facet reflectance and longer cavity features of WRC-FPLD, it reveals broader gain spectrum with denser longitudinal modes and higher injection efficiency than a typical FPLD for supporting more DWDM channels. As a result, the optical spectra of master and slave WRC-FPLDs are shown in Fig. 2. After passing through a demultiplexer with a channel spacing of 50 GHz for the central mode of master WRC-FPLD, the filtered single-mode master with a peak power of -4 dBm was employed to injection-lock the slave WRC-FPLD, which achieves a side-mode suppression ratio (SMSR) of 50 dB. Moreover, the bit error rate (BER) performances of back-to-back and 25-km single-mode fiber (SMF) transmitted 20-Gbit/s OFDM data carried by the master-to-slave injection-locked WRC-FPLD pair at different channels are shown in Fig. 3. For the central mode injection case, the back-to-back transmitted BER of 1.6×10-5 can be improved to 2.9×10-7 by employing the OFDM subcarrier per-leveling technique, and it is inevitably degraded to 2.1×10-4 due to the fiber dispersion after 25-km SMF transmission. To meet the forward error correction (FEC) the required BER of 3.8×10-3, 28 DWDM channels can be obtained to reveal a total data-rate of 28×20=560 Gbit/s. Therein, a slightly decreased SMSR of 35 dB is also obtained for the farthest side-mode injection case. In conclusion, the master-to-slave injection-locked WRC-FPLD pair has shown its competitive performance and superior flexibility to fit multi-channel DWDM-PON transmission.

Fig. 1. The schematic diagram of the master-to-slave injection-locked WRC-FPLD pair based DWDM-PON system for direct 16-QAM OFDM modulation and transmission.

Fig. 2. The optical spectra of master and slave WRC-FPLDs.

Fig. 3. The BER performances of back-to-back and 25-km SMF transmitted 28-Gbit/s 16-QAM OFDM data.

 

     
 
 
論文題目:微結構在三維積體電路及太陽能電池之電磁與半導體特性模擬

姓名:林俊宏   指導教授:邱奕鵬教授

 

摘要

使用銅矽通孔(TSV)技術,三維晶片積體電路封裝(3D-IC)的襯底耦合(substrate coupling)是一個被廣泛記載在最近文獻的處理困境。且討論仍僅限於電磁理論框架,使得噪聲傳播和吸收的一個完整的理解受到阻礙。深入考察了銅矽通孔的這些現象,且從半導體物理和電磁理論的綜合觀點和調查來深入探討,採用p+保護環及接地銅矽通孔的組合且透過三維元件模擬來深入探討降低噪聲的方法。使用閃耀光柵在薄膜單晶矽太陽能電池可望用光微影術及離子束蝕刻來達成,是一種前途看好的低成本及高效率太陽能電池的應用。我們執行極化相關的二維數值模擬基於嚴格耦合波分析法及有限元素法來達到太陽能結構光吸收的最佳化。在電性方面,背表面場層(BSF)是由重摻雜受體來形成,建立了一個濃度梯度,且此層是放在閃耀光柵上面來提供一個額外小的漂移電場來幫助收集少數載子電子。整合最佳化抗反射層及背表面場層和閃耀光柵在2 μm厚的太陽能電池可使效率(cell efficiency)成長兩倍。光學設計在提高III族氮化物(group-III-nitride)和多層量子井超晶格為主的氮化銦鎵/矽(InxGa1-xN/cSi)雙結疊層發光太陽能電池(light emitting solar cell)且具有三角形衍射光柵(triangular diffraction grating)的光吸收模擬和優化通過使用組合的二維嚴格耦合波分析和轉移矩陣的方法(combined two-dimensional rigorous coupled wave analysis and transfer matrix methods)。此元件在順偏下亦可為發光二極體。本文徹底檢查光吸收受抗反射塗層,多個薄膜層及三角形衍射光柵的影響透過半導體物理和電磁理論結合的綜合觀點來討論這些現象。相比於原型雙結疊層發光太陽能電池獲得有58%的光吸收的改進,這意味著80%以上的入射光(hυ > EgSi)可在該薄膜設計(共小於 < 4微米)被吸收而轉換為電能。

圖一、三維積體電路銅矽通孔的襯底耦合
圖二、氮化銦鎵/矽雙結疊層太陽能電池

 

 

論文題目:血液之兆赫波光譜學

姓名:曾子芳   指導教授:孫啟光教授


摘要

血液在自然界中是最複雜的混合液體之一,用以輸送許多油脂、葡萄糖、鹽類、與蛋白質等分子至身體各處。目前檢驗這些分子沒有非體外的方式,而體外檢驗中最常使用的生化與光學方法需要先做血漿血球分離。兆赫波在近二十年的研究中已被指出對許多生化分子的震動和轉動非常靈敏,相較於現行的檢驗方法,兆赫波是唯一有機會觀察活體內全血中的分子運動並做檢測的工具。

在本論文中我們先取29位未加抗凝劑,與29位加了抗凝劑(肝素)的體外血檢體(符合取樣前空腹八小時的標準),做即時性及長時間的兆赫波頻譜量測。我們發現在頻率低於一兆赫的波段,血液吸收常數與血小板數目呈正相關,而此現象應是由血小板引發的凝血初階段一連串生化反應造成。然而後階段的血液固化過程在統計上並未看出其對血液吸收常數造成上升或下降的作用。而在沒有凝血反應的血液中我們發現,三酸甘油脂在正常範圍內,和高頻的兆赫波血液的兆赫波吸收呈現負相關;而對所有的血液樣本,其低頻的兆赫波吸收由紅血球數目主導,並與紅血球數目有負相關。

為了未來非侵入式醫療檢測的應用,我們架設了一個近場穿透式兆赫波影像系統來量測在頻率低於一兆赫的波段,活體內的血液折射率與吸收常數。我們利用本實驗室過去提出的低損耗與低發散角度的管型兆赫波波導當平行光發射源,並以開口為次波長大小的金屬方形波導當能量接收器,在活體樣本表面近場距離內做二維掃描,以分辨出組織中次波長直徑的血管。實驗結果在活體裸鼠耳朵中,兆赫波穿透影像能成功顯現血管的所在位置。另外,我們也進一步利用數值模擬,量化血液吸收常數變化造成血管能量穿透率的變化,以方便未來非侵入式檢測之應用。

圖一、一兆赫以下28個血液樣本的吸收頻譜

圖二、活體裸鼠耳朵在兆赫波照射 下取得之近場影像(左:光學照片,右:兆赫波影像)

 

 
 
 

— 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、林暐杰 —

磁性機會

最近,一個巧妙設計的聚合物材料被展示出在外加磁場時會發光,如此可以產生新型的感應器不需要電接觸,並且可以提供視覺反應。Jianhua Hao和他在中國香港理工大學的同事合成一種複合材料(如圖 1),此複合材料是基於聚合物聚二甲基矽氧烷(PDMS)所合成,含有一層鐵鈷鎳合金顆粒以產生磁彈性體,以及另一層摻雜金屬離子的硫化锌微粒單層以作為壓電螢光體。當施加一磁場於材料會誘導可見光發光,這是由於磁場引發彈性體的感應磁致伸縮應變;進而引發螢光體的力致發光。
 

圖1、a) 壓電光電子和磁致放光的示意圖。b) 磁致放光效應的實施是基於應變介導的磁致放光,是磁彈性體和力致發光螢光粉的兩相耦合的結果。c) 鐵鈷鎳合金顆粒以產生磁彈性體層與摻雜金屬離子的硫化鋅微粒單層之介面SEM圖。d) 磁致放光的元件與量測架構。

初步的實驗顯示(如圖2),在室溫下施加3.5千奧斯特或更高的磁場於該材料,可產生明亮的白色和綠色的光。光產生的效率估計為每奧斯特0.0014流明。發光是可逆且動態的,且能夠在以50赫茲頻率變化的磁場下反應。
 

圖2、a) 照片顯示綠色的標誌"PU"代表香港理工大學的縮寫。磁致發光材料在低磁場施加下如下圖,無磁場施加下為上圖。b) 磁致發光光源在磁場施加下發出的白光,綠色的字與白色光源皆可用肉眼看到。c) 基於磁致發光的圖案和光源下的綠光與白光在CIE圖中的表現。

Hao說:「原則上,當紅色或藍色力致發光螢光體使用情況下,其他顏色包括紅色或藍色是可被呈現的。」「最近在我們的實驗室中,我們已經成功地合成了一種能夠發出較長時間紅光的複合材料。」目標是實現RGB全彩發光,這將證明其在顯示器,照明和感測器是有用的。

至於此方法的好處,Hao說:「與傳統的磁感測器相比,所述磁致發光為基礎的設備具有即時可視、遙測不需電接觸、非破壞性和非侵入性的檢測的好處。」他告訴自然光子學期刊:「我們的結果提供可能性給尋找新的設備應用,如遠程磁光感測器,儲存設備,能量採集器,無破壞環境監測,顯示器,防偽和刺激響應多模生物成像。」

目前該研究小組正在努力提高發光效率和發展晶圓製造複合材料的方法。


 

參考資料:

1. Oliver Graydon , Nature Photonics 9, 558 (2015)

doi:10.1038/nphoton.2015.167 Published online 27 August 2015

2. Wong, Man‐Chung, et al. "Magnetic‐Induced Luminescence from Flexible Composite Laminates by Coupling Magnetic Field to Piezophotonic Effect." Advanced Materials 27.30 (2015): 4488-4495.

   
 
 
 
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