第127期 2017年3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:2017.03.30
 
 

本所3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

3/22 (周三)

中村修二
特聘研究讲座教授

诺贝尔讲座固态照明专题 (一)
讲题:50 Years of Nitride Optoelectronics
(LEDs and Laser Diodes)

博理馆
101演讲厅
 

14:20~15:50 

3/23 (周四)

中村修二
特聘研究讲座教授

诺贝尔讲座固态照明专题 (二)
讲题:Latest and Future Prospects of Nitride Optoelectronics (LEDs and Laser Diodes)

博理馆
101演讲厅
 

14:20~15:50 

3/24 (周五)

蔡登法执行副总

环天世通科技股份有限公司

在集团公司中开创新事业及改造困难事业的历程

博理馆
101演讲厅
 

16:30~18:00 

 

 

 

 
 
     

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:光电所硕士班学生陈廷豪

比利时的硕士学位基本上要两年的时间才可以完成,但由于我是参与光电所与EMSP的硕士双学位计划,因此只需要在根特大学读一年的时间即可完成第二个硕士学位,也因为如此,在这一年可说是非常忙碌。我们要同时兼顾课业以及研究,所以没有多余的时间来让你适应环境。

EMSP在我们收到入学许可后就会寄研究题目让我们选择。根特大学光电所的强项是光波导,然而因为兴趣的关系,我选择了一个会需要用Python撰写算法的题目。我的题目是Low-coherence digital holographic microscopy for characterization of transparent particles。简单来说,光照射在微小的粒子会产生绕射图案,将绕射图案用Mie theory去解Maxwell’s equations后,我可以推论出粒子的大小、直径、折射系数、移动的轨迹等等。这过程会需要用Python 做影像分析,对我来说是一大挑战,同时也是学习的大好机会。

在上半学期一开始主要是background knowledge建立、各种仪器学习和无尘室训练。根特大学的硕士生基本上被归类为学生,相对于台湾来说,比较注重课程教育,而台湾则比较重视研究成果。比较特别的是这里的博士生与教授的地位差不多,教授和博士生之间会称呼对方为同事,比利时的博士生被认定为劳工,领有最低月薪约新台币7万。硕士生会交由博士生指导,硕士生称指导博班学长为supervisor,称指导教授为promoter。我的实验室每个月报告一次进度,进度报告大概20分钟,报告一个月期间遇到哪些问题、解决什么事以及下个月要往什么地方迈进。报告结束后,台下有两个教授、一个博后和两个博士班学长会问你问题,所以必须确保你所报告的内容要彻底了解,不然可是会被问倒!

我在办公室有自己的座位,因此除了上课之外的时间,会坐在自己的位子读书或是做研究。其中最值得赞赏比利时人的一点是他们高效率的做事态度!博士生和教授们九点以前就会出现在实验室,首先泡一杯咖啡然后开启高专注力的模式工作,中午简单吃个冷食,例如subway的三明治或是色拉,立刻又开始工作,到下午五点就准备下班回家。只在周一至周五工作,周末绝对不会看到有人出现!然而他们的研究也没有因此打折扣,大部分的博士生都可以在四年内完成博士论文!这也是台湾的研究生应该学习的地方,如何提高专注力并以高效率的方式完成工作,同时也兼顾生活质量!也因为指导我的博班学长时间有限,仪器的教学都只教一次,所以我也必须提高我的专注力,在最短的时间内上手。

根特大学的硕士生一样要写论文和口试。由于第一学期将大部分的课都修完了,因此第二学期可以全心全意投入在论文上。论文的截止日期在六月初,所以下学期可以说是最忙碌的时候,基本上就是实验和写论文同时进行,白天做实验跑模拟,晚上回到宿舍写论文,每当写完一章就拿给博班学长改,时间就在这忙碌的日子中快速度过,在交完论文后紧接着是六月的期末考,六月底则是口试。我的实验室在正式口试前会先进行内部口试,内部口试的重要性不亚于正式口试,因为在内部口试,实验室的教授们、博后、博班学长会针对我的论文和口试报告轮番轰炸,发问的时间无上限,因为在正式口试时,口试时间有限制,无法问很多问题,所以内部口试在学位成绩里非常重要!EMSP的口试是所有硕士生一起口试,第一天在布鲁塞尔自由大学,第二天在根特大学,每个硕士生轮番上场报告并接受现场的教授和学生提问,最后会选出今年的最佳论文奖。

图一、我在实验室的位子,由于此建筑才刚于今年启用,所以很新!

 

图二、根特大学的无尘室,非常高级,管理也非常严格!此图为进无尘室前拍摄的照片。

 

图三、正式口试的实况,在一个大会议室,里面坐着很多教授、博士生和学生,每个人都可以发问。

图四、实验室合照,除了几位大陆女生,其余皆为比利时人。

【精彩内容,下期待续~】

 

撰文:光电所硕士班学生吴镇国

参与光电所与EMSP的硕士双学位计划期间,在欧洲的一年除了数量众多的课要修,还有一半的时间要全力完成论文研究与撰写。欧洲大学在研究所两年学程的设计中,论文撰写大约占30%,且集中在最后一学期,其它的时间要完成繁重的课程,学程设计上主要是要训练你学会做研究的方法,并且懂得如何整理研究结果以及完整地向大众报告,做多做少自己要对自己要求,也因此,有些研究生做出来的成果并不是完全如预期(例如,组件制作不理想,但是制作时间不够),就在论文口试时报告失败原因的分析即可。相较之下台湾研究所学程比较偏重研究工作,以我的经验在台湾的研究成果产出会比较多,因此有比较多的机会投稿期刊与参加研讨会,各有特色与不同。

通常确定了研究主题,学生就会开始联络教授及早进实验室进行研究工作,并在课余空堂时和教授meeting。我们是大约抵达前一周知道了题目以及指导老师,开学忙完杂事就开始联络指导教授。除了指导教授,还会有一位博士生带你做研究,研究主题通常是博士生的计划下一小部分。我的教授颇为勤劳,所以每个礼拜我们三个人会一起meeting,讨论研究及计算,如果有比较琐碎的软件使用上的问题,我会私下和我的博班学长约时间问他问题。论文撰写及做研究的时间其实没有台湾来得多。

我做研究的单位是根特大学Photonics Research Group,是由约10位的教授以及许多博士、博后所组成,就像公司一样,会有一起共享的实验室以及仿真软件,和台湾由实验室单打独斗比较不同。里面组成的族群相当多元,以我为例,我的指导老师是比利时人,指导博士班学长是伊朗人,我们三个成长背景相差很远,要一起讨论、相处,是个很有趣的经验。【精彩内容,下期待续~】

 

撰文:光电所硕士班学生陈世昌

UGent的EMSP计划下共分为7个研究团队,其中最大的团队为Photonics Research Group (PRG),教授及博士班学生共多达70人,在我们这次参加EMSP的5人中,有4位都隶属于此一团队,而另一位则在液晶组。PRG的研究内容相当广泛,包含了生医检测、半导体激光、波导管…等,与台大光电所的研究环境最不同的地方,在于每一位教授底下虽然有各自的研究生,但是并无各自的实验室及研究室,举凡研究时会用到的高效能仿真计算机或无尘室设备都是资源共享的,这样的好处在于所有的研究资源都能得到充分的利用,而且对于团队内的人员或研究内容都能较为熟悉,若在研究过程中遇到难题,也能与其它人讨论,但是相反地,对于使用研究设备的自由度就会受到限制,往往都要事先在线预约,并且使用者对于设备的操作状况(例如:上一位使用者的材料为何?)无法完全掌握。

在这次的EMSP计划中,我的研究主题为SERS芯片的优化,很幸运地同时使用到了模拟、制程以及量测的资源,相对于其它人算是与无尘室接触较频繁,因此便大致介绍一下其状况。

PRG的无尘室环境真的很干净,为了在建筑物一楼提供良好的无尘室,其二楼和地下一、二楼皆规划了大型的废气及废水排放系统,在参加新进人员训练时,看到如此大费周章的设计真的颇惊讶。在管理的方面也相对于台大光电所严谨许多,PRG在无尘室入口旁放置了一个布告栏,上面有所有通过考核的使用者名牌,进去无尘室前需要将自己的名牌放置在相对应的位置,以利于及时掌握里面的使用者名单;同时,如果在上班时间(周一到周五的9~18时)之外还须待在无尘室里面,则需要以简讯方式回报给环安卫中心并告知离开时间,虽然平时觉得此两项作法有点麻烦,但相信对于紧急事故发生时的处理应对必定能帮助不少。另一方面,硕士班学生在UGent的角色仍被视为学生,而博士班学生则被视为职员,因此硕士班学生在通过新进人员考核后,在无尘室内的限制仍然比博士班学生多,例如硕士班学生只能在上班时间内进入无尘室做实验,禁止于平日的晚上或周末时间进行实验,从研究生的角度来看,或许是习惯了在台大实验室自由的模式,总觉得这项规定很麻烦,不能按照自己的行程来规划实验进度,但是从上位者的角度来看,正因为硕士班人员还是学生角色,其工作仍然是学习为主而非实质的研究产出,因此在环安卫人员配额少的下班时间,基于安全考虑限制使用是应当的,而其实这也另一方面鼓励学生们事先妥善规画自己的行程,达到学习和休闲平衡的目标。

或许UGent的学术排名没有比台大优秀(也没有落后很多),但是在这一年的研究生活中,我看到他们仍然有许多措施是优于台大光电所的,本文这些真的只是凤毛麟角,相信我们如果能学习到这些优点,必定能营造一个更好的台大光电所研究环境。

 

【精彩内容,下期待续~】

 

撰文:光电所硕士班学生王怡文

除了修课之外,做研究是课业上的另一重点。我们在学期开始之前就收到了一份研究题目清单,洋洋洒洒大约有三、四十个题目,一部分是由根特大学提供,而另一些则是由布鲁塞尔自由大学提供。我们得从中挑选三个题目并排出志愿顺序,接着就等待最终结果出炉,理论上也会是在开学之前就会确定论文题目。至于如何挑选题目就是各凭喜好了,当然你可以乱枪打鸟地随便选三个,不过还是建议好好地把简介都看过一遍,虽然真的只是很简短的介绍,但可以稍微让你有一点轮廓。我的论文题目最终是决定在根特大学,而研究不外乎就是模拟、制程和量测的组合,以我的情况而言是着重在模拟和量测。其实当初我会选择这个题目也是因为之前在台大的题目比较偏制程和量测,所以才希望另一个研究比较偏向模拟,也算是给自己一个小小的挑战。

等一切都定案之后,就可以寄信和学长联络,约好时间讨论研究该如何进行。以时间区分的话,你可以选择把研究平均分散到两个学期,或是第一个学期多修一些课而第二个学期专攻研究。我选择了第一种,因此从上学期开始就陆陆续续做了一些量测,这样也是希望减少下学期的时间压力,不过我最后还是在九月才口试,这是后话了。

先回到有关研究的部分,由于我这个题目和在台大的题目完全不一样,因此不管是量测还是模拟对我来说都是全新的挑战,真的是什么都不懂。虽然心里很惶恐,不过学长会从头开始教,而且只要你发问了,有任何不确定、不了解的地方他们都会好好解说。而做研究也有点像在拼拼图,最初只看到整个主题的一小部分,可能连自己在做什么都搞不太清楚,随着接触越来越多实验、做了许多数据分析、开始用不同软件跑仿真…等等,我们会越来越能掌握整个硕士论文的重点所在。

在根特量测是一件满有趣的事情,你很有机会绕整个实验室一圈来寻找自己需要的仪器、零件等等,我自己遇过比较让人好气又好笑的事情是,好不容易预约了量测的时间,结果发现计算机主机被人搬走了,只剩下屏幕一台,我只好再去寻觅另外一台主机。我对于做模拟的印象也很深刻,可能是因为第一次接触,就很像使用新产品一样,要一边详阅使用说明书、一边动手操作。不能说一开始就很顺利,但是从各种错误中学习的确能让人更清楚整个模拟的意义所在,但我也因为花了太多时间在摸索仿真软件,而来不及在六月的第一梯次口试。不过也因此多了两个多月的缓冲时间,慢慢地把实验、模拟和论文写作完成。口试和准备投影片当然也是一个重点,在正式口试之前一样会有一次预演,而与会人就是你的口试委员们,他们会针对投影片内容一页一页地检讨,并且先提出一些可能在正式口试时会遇到的提问。口试委员的组成和在台湾不太一样,成员基本上就是你的学长和指导教授,再外加一、两位教授,也就是说,学长才是真正掌握了生杀大权的人,因为他最了解你在做研究的整个过程。

虽然一开始大家都对一年完成硕士论文这件事感到怀疑,但值得庆幸的是大家都顺利过关了。现在想想,只要按照计划按部就班地走,就一定没有问题。而当我们陷入瓶颈中挣扎时,纵使相当慌张不安,学长姐和教授都会伸出援手,只要奋力抓住这双手,就能脱离泥沼,然后经过数次这样的循环,工程浩大的硕士论文也就会在不知不觉中画下句点。【精彩内容,下期待续~】

 

撰文:光电所硕士班学生许晏翔

和大部分同学熟悉的出国交换不同,参与光电所与EMSP的硕士双学位计划除了修课以外,还要做研究写论文,通过口试后才能获得第二个学位。所以在大部分情况下,难度高于出国当交换学生。

确定参与EMSP后,根特大学以及布鲁塞尔自由大学(VUB)的联络窗口会提供数十个论文题目,这些题目包含光电的各个领域以及跨足其它领域的应用,我们再从这些题目中挑选三个自己最有兴趣的志愿,在三周内连同成绩单等审查数据回复联络窗口。所选题目不必要与在台大光电所从事的研究相关,以我为例,前三志愿分别是光子计算机仿真、可见光通讯,以及二氧化碳侦测,这些都与我在台大的研究主题—光子晶体、LED制程几乎无关。题目志愿送出后,审核人员会参考成绩单以及其它竞争者的数据,在上学期开始前通知最终结果。开学后,须尽快寄email给指导教授(promotor)和学长(supervisor)安排第一次meeting的时间,以便了解研究概况并及早开始读paper,增加背景知识。研究遭遇瓶颈时,博士班或博士后的学长是第一求助顺位,所以他们最了解硕士生的研究进度,并且适时给予知识和技术支持;而指导教授通常比较忙,平时就用email报告研究进度,大约每两周到一个月和指导教授进行一次meeting。因此,硕士生论文口试的成绩是这样决定的:除了现场反应以外,学长们基于对该硕士生的了解和平日表现,先讨论出一个分数范围,再加入其它口试委员的意见微调;简言之,博士学长们操硕士生之生杀大权。

论文题目与研究方针确定后,即可视题目的难易度和学长的要求,大致规划上、下学期的课表。可以选择把6~8门课全部排在上学期,下学期专心做研究、写论文;或是上学期修习4~5门课,同时进行部分研究,下学期再把主力放在研究,其它时间修剩下的课。基本原则是:研究和论文是下学期的重点,所以下学期不宜修太多课。

做研究或读paper时,难免遭遇瓶颈,这时千万不要吝于发问,发现自己无法解决的问题就马上寄email给学长约时间讨论。只要是上班时间,学长几乎都可在10分钟内回复(频繁的寄信给学长亦可展现自己的积极程度)。其实「积极发问」是成本最低、最有效的做学问习惯,只是多数东方学生害怕显露自己无知的同时造成他人麻烦,所以表现出刚毅木讷、沉默寡言的特质。根特大学的老师和学长对此相当不解,他们的观念是:大家都知道就是因为有不懂的东西才会来当学生,身为学生竟然不好好利用这个身分获取最多好处,还处处顾虑,简直本末倒置。【精彩内容,下期待续~】

 

 

 

 
     
 
 

Photo-stability study of colloidal CdSe/ZnS quantum dots passivated in Al2O3 using atomic layer deposition

Professor Ming-Hua Mao’s laboratory

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 毛明华教授

We report photo-stability enhancement of colloidal CdSe/ZnS quantum dots (QDs) passivated in Al2O3 thin film using the atomic layer deposition (ALD) technique. 62% of the original peak photoluminescence (PL) intensity remained after ALD. The photo-oxidation and photo-induced fluorescence enhancement (PFE) effects of both unpassivated and passivated QDs were studied under various conditions. Unpassivated QDs showed rapid PL degradation under high excitation due to strong photo-oxidation in air while the PL intensity of Al2O3 passivated QDs was found to remain stable. Our experimental results demonstrated that passivation of colloidal QDs by ALD is a promising method to well encapsulate QDs to prevent gas permeation and to enhance photo-stability. This is essential for the applications of colloidal QDs in light-emitting devices. This work has been published in J. Appl. Phys., vol. 120, pp. 083103, 2016.

Fig. 1. PL spectra of unpassivated QDs (dotted line) and Al2O3 passivated QDs (solid line).

Fig. 2. Temporal evolution of PL intensities in air and in vacuum under CW excitation for unpassivated and passivated QDs at different power densities.

 

Development of Extremely High External Quantum Efficiency Blue Organic Light emitting Devices

Professor Chung-Chih Wu

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 吴忠帜教授

We have developed highly efficient blue organic light emitting diodes (OLEDs) based on highly efficient thermally activated delayed fluorescent (TADF) emitters. Photophysical studies indicate that TADF emitters can simultaneously possess nearly unitary (100%) photoluminescence quantum yields (PLQYs), and strongly anisotropically/horizontally oriented emitting dipoles (with horizontal dipole ratio of 83%) that can help boost optical out-coupling efficiencies of OLEDs. Baed on such advanced TADF emitters, extremely efficient blue OLEDs have been developed with ideal internal quantum efficiencies (IQE) of nealy 100% and very high external quantum efficiencies (EQE) of nearly 37% in conventional planar OLED structures (without using any internal/external optical out-coupling schemes), and even higher EQE of nearly 63% by adopting simple external optical out-coupling schemes. Such results are by far the highest EQE ever reported for blue TADF OLEDs and blue OLEDs of any kind, indicating their high potential for OLED applications.

Fig. 1. Achieving very high external quantum efficiencies of blue OLEDs.

 

 

     
 
 
论文题目:非完美组成比例碳化硅薄膜的光电组件应用研究

姓名:程志贤   指导教授:林恭如教授

 

摘要

在本研究中,我们成功利用非完美组成碳化硅薄膜进行光电组件的应用及研究。在第一部分,我们成功利用碳化硅薄膜当作缓冲层成长氮化镓发光二极管,其最大外部量子效率和效率遽降分别为42.3%和7%。在第二部分,成功制备出全碳化硅异质接面薄膜太阳能电池,其组件开路电压及短路电压分别为0.51 V和19.7 mA/cm2。在最后部分,利用碳化硅当作饱和吸收体应用于被动所模掺铒光纤激光。其薄膜之非线性折射率增加至3.86×10-11 cm2/W,进而使激光脉冲宽压缩至470 fs。

图一、利用碳化硅薄膜当作缓冲层成长氮化镓发光二极管应用于可挠式发光二极管

图二、碳化硅当作饱和吸收体应用于被动所模掺铒光纤激光转移流程图及激光架构图

 


 
 
 

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

— 整理:林晃岩教授、王子圣 —

超解析显微镜有助于蛋白质复合物在活细胞中的3D观察

西班牙巴塞隆那生物医学研究所(IRB)的科学家与其合作者应用了一种超解析显微镜的组合方法,该方法能以3D的方式观察活细胞中负责执行细胞功能的蛋白质复合物(见图一)。

图一、使用当前显微技术观察到在活体内的蛋白复合物的影像(左图)与应用超解析显微镜使精确度提高至25倍,并提供蛋白质复合物在活体内的3D观察(右图)。

目前,研究蛋白质复合物功能的生物学家会在试管中将其分离,然后应用体外技术以观察其达到原子等级的结构;或者,这些科学家会使用另外一些技术对活体细胞中的复合物进行分析,但这些技术却几乎无法提供蛋白质复合物的结构信息。在此研究小组的研究中,研究人员在活细胞中的蛋白质执行其功能时设法直接观察其结构。

研究人员以基因修饰细胞并在其内部建立人工支持物,在支持物上可锚定蛋白质复合物(见图二)。这些支持物设计为使得它们能调节观察到固定的蛋白质复合物的角度。然后,为了要确定蛋白质复合物的3D结构,他们使用超分辨率技术来测量不同组成部分之间的距离,然后将它们以类似全球定位系统的方式整合起来。

图二、透过PICT (protein interactions from imaging complexes after translocation) 锚定蛋白质复合物之后工程酵母细胞的荧光显微镜影像,其中人工锚定平台显示在红色斑点中,而exocyst以绿色斑点显示;由于红色和绿色信号之间的重迭,exocyst已被固定了的那些锚定平台则以黄色显示。

Gallego使用这种方法来研究胞吐作用,胞吐作用是指能让细胞与其外部进行通信的一种机制。举例来说,神经元通过经由胞吐作用释放的神经递质而彼此通信。这项研究使科学家揭示了胞吐作用中一个关键蛋白复合物的整个结构,Gallego表示他们现在已经知道这个由八种蛋白质(见图三)形成的蛋白质结构是如何工作的,每种蛋白质对什么而言是重要的,这些知识将有助于研究人员更清楚地理解胞吐作用所参与的癌症发生与转移的过程,而蛋白质的奈米结构则会在此过程中被改变。

图三、参与胞吐作用主要机制的结构模型,其中八种蛋白质(每种以不同的颜色显示)结合而形成蛋白质复合物。

了解蛋白质复合物如何执行其细胞功能对生物医学而言意义重大,因为内部工作中的改变会导致及影响疾病的发展。有了这个新的战略,将有可能研究健康中与疾病中的细胞蛋白质组织。例如,可以看到病毒和细菌如何在感染期间使用蛋白质复合物,以及更清楚地理解导致疾病的复合物中的缺陷而能够设计逆转它们的新治疗策略。

该技术可用于相对大的复合物。Gallego表示能够看到5奈米的蛋白质复合物是一个伟大的成就,可是如果要能够以原子级的尺度观察到细胞内部,使体外技术可以应用 ,仍然还有很长的路要走。但他也认为未来的趋势在于整合各种方法,并且结合每一种方法的力量去对蛋白质复合物进行研究。

此研究的合作者还包括瑞士日内瓦大学及西班牙塞维利亚安达卢西亚生物学中心的研究人员。

 

参考数据:

1. Lee Dubay, Super-rosolution microscopy helps enable 3D observation of protein complexes in live cells, Laser Focus World, Feb. 2017.

http://www.bioopticsworld.com/articles/2017/02/super-resolution-microscopy-helps-enable-3d-observation-of-protein-complexes-in-live-cells.html

2. Andrea Picco, et al., The In Vivo Architecture of the Exocyst Provides Structural Basis for Exocytosis, Cell, Volume 168, Issue 3, 26 January 2017, pp. 400–412.e18.

http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2017.01.004.

   
 
 
 
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