第128期 2017年4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:2017.04.30
 
 

本所林清富教授、黄升龙教授荣获科技部2016年度「杰出研究奖」,特此恭贺!

2017年本校敦聘本所刘致为教授为「美光科技讲座」教授、孙启光教授为「瑞轩科技讲座」教授,特此恭贺!

本所4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

4/28 (Fri) 果尚志主任
国家同步辐射研究中心

Fiat Lux: Advances in Cutting-Edge Light Sources

博理馆
101演讲厅

16:30~18:00

 

 

 

 
 
3月份「光电所专题演讲」花絮(花絮整理:姚力琪)
时间: 2017年3月3日(星期五)下午4时30分
讲者: 丁景隆执行副总经理(群创光电股份有限公司)
讲题: 对台湾光电产业之观察与省思
  丁景隆执行副总经理于3月3日(星期五)应本所彭隆瀚教授邀请莅临访问,并于博理馆101演讲厅发表演说。丁执行副总经理本次演讲题目为「对台湾光电产业之观察与省思」。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。

 

 丁景隆执行副总经理(右)与本所副所长黄建璋教授(左)合影

 

时间: 2017年3月10日(星期五)下午4时30分
讲者: 叶文冠主任(国家奈米组件实验室)
讲题: New Paradigm of Nano Device - From More Moore to More than Moore
  叶文冠主任于3月10日(星期五)莅临本所访问,并于博理馆101演讲厅发表演说。叶主任本次演讲题目为「New Paradigm of Nano Device - From More Moore to More than Moore」。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。

 

 叶文冠主任(右)与本所彭隆瀚教授(左)合影

 

时间: 2017年3月24日(星期五)下午4时30分
讲者: 蔡登法执行副总(环天世通科技股份有限公司)
讲题: 在集团公司中开创新事业及改造困难事业的历程
  蔡登法执行副总于3月24日(星期五)莅临本所访问,并于博理馆101演讲厅发表演说。蔡执行副总本次演讲题目为「在集团公司中开创新事业及改造困难事业的历程」。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。

 

 蔡登法执行副总(右)与本所彭隆瀚教授(左)合影

 

诺贝尔讲座固态照明专题 【Nobel Laureate Lectures on Solid-State Lighting】

地点: 博理馆101演讲厅
场次1: 2017年3月22日(星期三)下午2时20分至下午3时50分
讲题: 50 Years of Nitride Optoelectronics
场次2: 2017年3月23日(星期四)下午2时20分至下午3时50分
讲题: Latest and Future Prospects of Nitride Optoelectronics
主讲人: 中村修二教授(台湾大学光电工程学研究所特聘研究讲座教授)
  中村修二教授被誉为蓝光LED之父,是2014年诺贝尔物理学奖桂冠得主。台湾大学本着推广科学教育与服务社会的精神,特邀现任职于美国加州大学圣塔芭芭拉校区的中村教授,同意于2017年3月来台,就LEDs和Laser Diodes等题目开设诺贝尔讲座专题,和光电所教授共同就相关主题授课。

 

 中村修二教授(中)与电机信息学院院长陈铭宪教授(左)及本所所长林恭如教授(右)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 ~

【之四】

撰文:光电所硕士班学生陈廷豪

对于比利时这个国家,你必须记住最有名的4项产品,分别为巧克力、薯条、松饼和啤酒,每一项可都是世界知名!比利时巧克力世界各地都可以看到它的踪迹,其中夹心巧克力更是发源于比利时。另外这里要郑重声明薯条发源于比利时!薯条的发源地在以前是法国的领土,美国人在吃到此食物时惊为天人,并称呼为French fries,然而今日此发源地为比利时领土,所以比利时人对于薯条叫French fries可是相当不以为然呢!比利时的松饼分成布鲁塞尔松饼和列日松饼,两种松饼差别在于一个为长方形而另一个为圆形,在首都布鲁塞尔可以吃到便宜的1欧元松饼喔!比利时又号称啤酒王国,啤酒种类有上百种,各种啤酒风味应有尽有,有些酒吧甚至提供一次试喝30种啤酒的服务,来到比利时一定要去酒吧尝尝!

比利时的物价非常高,外面的餐厅餐点价格基本上从新台币500元起跳,想当然尔只能在学校餐厅用餐或是自己煮!学校餐厅一道餐包含两道菜和一道主食(像是马铃薯泥+菜+鸡肉块)约新台币150元,算是非常便宜的一餐了!学校宿舍每层楼都有公共厨房,要省钱的话,最好是自己煮,而且还可以在厨房趁机跟其它国际生联络感情。买食材最佳的地方是超市,比利时买食材通常在超市就可以解决,他们不像台湾会有菜市场,顶多就是在周末会有市集卖一些食材,因此超市也成为人们不可或缺的地方,而我平常最大的兴趣就是逛超市,每周都有不同商品进行特价,我每周会去逛个三次以上,每当买满满的食物回去宿舍就会有一种幸福的感觉!

根特大学的宿舍将国际生集中在一起,因此可以认识来自世界各地的学生。厨房更是大家交流的最佳场所!我最常在厨房跟一位瑞典女生和韩国女生聊天,我们讨论政治、文化、教育、习惯等,也让我有机会一窥差异性和成因。我住的那层楼就在一个学期里办了两次International dinner,每个人做自己家乡的料理与大家一起分享,同时还必须介绍所煮的菜!而我则是拿出询问度最高的炒饭来满足大家的味蕾,幸好没有丢台湾人的脸!

图一、来比利时一定要去酒吧,此图为根特最有名的拖鞋酒吧,点手上那大杯啤酒必须将拖鞋当作抵押品挂在墙上,避免客人将酒瓶偷走!

图二、根特大学餐厅里的食物,两道菜配上一个主菜约新台币150元。

图三、在我宿舍那层楼的International dinner,大家拿出自己的家乡菜与大家分享。

图四、跟宿舍认识的瑞典女生在瑞典相见欢!

【精彩内容,下期待续~】

 

撰文:光电所硕士班学生吴镇国

来到欧洲,除了学业上的挑战,日常的柴米油盐琐碎小事也是不小的麻烦。从小我们就被便利的台湾生活以及家人的保护伞惯坏了,只身来到欧洲,一切习惯都要改变。欧洲的生活并没有那么便利,例如:超级市场到8点就会全部关闭、巨额的交通费(例如搭一趟公交车约3欧元)、时常罢工的铁路及公交车、和台湾不太一样的天气型态。这样让我养成对自己更负责任的态度,因为只要事前功课没做好,你可能浪费了时间、金钱,或者在饥肠辘辘的晚上得面对煮失败的晚餐。

大家都知道在欧洲外食所费不赀,一份吃得饱且‟便宜的”土耳其沙威玛(Kebab)也要4~5欧元,一份亚洲餐点通常要价8~13欧元,虽然学校有相对便宜的学生餐厅(2.5~5欧元),但份量对男生来说稍嫌不够。幸运的是,超市的原物料价格并不贵,有些东西甚至比台湾便宜,肉品等较高额的物品甚至可以去土耳其人开的超市捡便宜。因此,我都会自己下厨准备三餐,一餐平均大约1~2欧元可以搞定,有菜有肉,也多学了份技能。一年不能回家,有些人会想吃家乡味来解乡愁,好在欧洲各地都有专卖亚洲调味料的亚洲超市,把调味料买齐了就可以变化出许多妈妈的拿手菜,无论是红烧牛肉面、卤味、川菜、火锅等,只要查好食谱做好功课,都不是问题。

(a)

(b)

(c)

图一、(a) 自煮料理 (b) Kebab,也就是沙威玛 (c) 学生餐厅的简餐

地理位置上比利时的纬度比台湾高出许多,但冬天多属干冷且比利时接近海洋,天气其实没有想象中的难受。气温最低到零度以下一些,只会下一点小雪或者下霰,在2014年末及2015年初的冬天,台湾北投等山区的雪甚至比比利时还要大。室内都有非常暖和的暖气,因此只要穿件很厚的外套内搭简便的衣服出门,到室内脱下外套不会冷即可。其它季节大部分的时间都很凉爽,只有7月会比较热。

图二、下着霰的比利时火车站

初来乍到,最头痛的就是住宿问题,好在学长姐们有留下一些住房网站的资料,可以事先搜寻,不过有些网站需要付费才能获得房东的联络资料,我在出发前就先花了600元台币注册了其中一个租房网。根特是大学城且有非常大量的国际学生和交换生,很多房东都很愿意租屋给学生(印象中租给学生有税务上的优惠),房屋租金一个月从200~500欧元的范围内都有,依照合约不同,有些水电是额外计价,有些是水电气全部包。虽然使用英文跟根特人沟通谈条件都不会有问题,但比较麻烦的是合约都是用荷兰文写,所以最好请房东或者认识热心的比利时人可以帮忙翻译并仔细看妥合约内容。我租的房子是雅房,两人共享一间卫浴,有公用空间还有个小花园,生活环境很不错,房东的儿子也住这里,且刚好跟我一样是硕二生,有共同的话题,我也因此认识了房东一家,很开心能和他们成了好朋友。

根特市不大,租一辆脚踏车(一年60欧)便可以到处趴趴走,且买公交车联票最便宜一趟也要1.4欧,租辆脚踏车非常划算,还可以兼运动。除了城内生活,旅游也是在欧洲生活很重要的一部份。比利时有针对青年(26岁以下)推出优惠火车票,比利时境内任一点一趟只要5.1欧,非常划算。而到其它国家旅游也都有很多优惠的客运以及飞机票(例如廉价航空常有布鲁塞尔飞柏林或丹麦来回只要10~20欧的优惠),只要做点功课,就可以省下不少金钱。

图三、学校公益组织提供租用的脚踏车

【精彩内容,下期待续~】

 

撰文:光电所硕士班学生陈世昌

根特的物价水平相对于其它城市仍稍微高一些,这一年内除了出游外,每一餐大多都像各国的交换学生们一样倚赖自煮,其实连当地学生也都大多自行开伙。根特当地的生鲜超市密度还算高,在里面各种常见的青菜、肉类都可以找得到,我自己经常会在前一天晚上就把隔天中午的便当准备好,一个星期的伙食费大约20~30欧元,主食以米饭为主(感谢华人的优良发明—电饭锅)、意大利面为辅。此外,超市经常会有family package的肉品促销活动,常常可见12只大鸡腿特价6~7欧元,抢便宜的后果就是经常吃鸡腿吃到怕…。偶尔课业较繁忙时,也会去学校的学生餐厅用餐,套餐为一青菜一主菜一主食,校内人士一餐约4欧元,校外人士则为10欧元,藉此来保障学生们用餐的权益;校内餐厅的青菜烹调方式很简单,除了生菜外,就是大杂烩式的烫青菜后再洒上一点盐巴,所以刚到根特时总是不太习惯青菜煮到软烂的口感;主菜的部分每餐的选择都很多,有比利时的经典国民菜啤酒炖牛肉、炖鸡肉、夏威夷鸡排等,有时还会推出兔肉料理,据说口感跟鸡肉相似,只是更为嫩一些;主食的部分有提供米饭、马铃薯泥、马铃薯球、炸马铃薯泥以及薯条,碍于不习惯粒粒分明的米饭口感,我大多选择马铃薯球和炸马铃薯泥为主食。此外,在中午时刻的学生餐厅也可以购买比利时经典午餐—三明治,类型与subway相似,价位大约3欧元,是上课赶场时的最佳选择。

在穿着的部分,根特气温比台湾低不少,所以我的厚羽绒外套大概从刚下飞机时的九月一路陪我到来年三、四月,在寒冷的漫漫冬季也经常使用洋葱式穿衣方法,在最里面会多搭一件Uniqlo发热衣(真的很有效果),当然上下学途中毛帽、手套及围巾是少不了的。此外根特冬季经常有绵绵细雨,因此强烈建议购买一件可以防风及轻微防水的外套来使用;若想在当地购买衣物,则推荐在圣诞节前夕的法定打折季好好下手,因为所有商店只能在打折季期间推出打折方案,在其它时间进行打折促销是犯法的。另外,由于若要在自家处设立洗衣机,其管线要额外装设,因此在根特可以看到不少洗衣店林立,使用一次洗衣机的费用大约为4欧元,烘衣服则大约要1.5欧元,为了节省支出,大多时候我都会手洗自己的衣物,在这个时候才会真正体会到台湾是多么便利。

在住宿的部分,我与另一位EMSP的同学一同住在校外的独栋房屋内,其中一楼为车库、厨房以及客厅,二、三楼共有四间雅房,每一层楼共享一间分离式卫浴,费用为每个月365欧元(水电等费用全包)。我的其它两位室友们都是比利时人,偶尔在周末的用餐时间会在厨房相遇顺便交谈一下,也会在室友的庆生会上小酌啤酒一同庆祝。因为跟比利时学生同住,可以轻易地观察到彼此饮食或其它文化上的差异,最让我感到惊讶的是他们烹煮米饭的方式,由于喜爱粒粒分明的口感,他们在电火炉上用滚水将米饭煮熟后,会接着拿到水龙头下冲冷水再沥干食用,而在某一次我煮蛋炒饭时刚好被比利时室友撞见,他也很惊讶原来米饭还可以这样料理,我想这也算是一种小小的文化交流吧!

在根特求学的这一年内,交通方式仍倚赖骑脚踏车为主,UGent学生可以向根特市租借脚踏车,费用大约一年60欧元左右,平日上下学途中顺便骑骑脚踏车运动一下也是颇健康的,尤其是在冬季下雨刮风的日子更是过瘾啊…。当然,如果想偷懒,也可以搭乘路面有轨电车(tram),费用大约一次3欧元,也可以购买10次票,一次只要1.4欧元,我个人是比较少搭乘,毕竟自由度和便利性没有脚踏车高。此外,根特大学为了提倡环保及骑单车的风气,其教职员工可以每日上网登记自己在上下学途中所骑的脚踏车里程数,最后可以依照特定比例折现,所以其实还蛮多教职员们都倚赖脚踏车为上下班交通工具,边运动又边赚钱何乐不为呢?可惜的是目前此一优惠对象只针对教职员工,EMSP的硕士班学生并不适用。

【精彩内容,下期待续~】

 

撰文:光电所硕士班学生王怡文

来到一个陌生的环境,有许多事情都要从头开始适应,而对怕冷的我来说,第一个大魔王就是气候。九月多刚到根特的时候,还是天气怡人的秋天,不过从十月底、十一月初开始,天气便慢慢转冷了。在台湾,十度以下只有超级寒流来袭时才会出现,但在根特,从十二月开始一直到来年的一、二月,十度以下都是家常便饭。天冷、再加上冬天的夜长昼短,让我那一阵子的心情都有一点闷闷不乐、多愁善感。不过好在冬天也有它美丽的地方,也可以趁着圣诞假期四处走走,所以整体而言也算是个不错的经验。

在饮食方面当然也需要适应。若是外食又不想要花太多钱,最经济实惠的选择就是学生餐厅(要有学生证)和各种轻食,像是种类繁多的三明治、意大利面、沙威玛、比萨等等,大约只要花2~10欧元就可以打发一餐。不过若是在一般餐厅里用餐,一份餐点的价格自然比较高,再加上欧洲的用餐习惯是点正餐前先点杯饮料或酒,一餐下来,十几欧元已经算是很便宜的价位了,因此只能偶尔为之。虽然可以用合理的价格吃学餐和轻食,不过想想在台湾的时候也是一个礼拜吃个一、两次西式的食物,倘若餐餐都这样吃还真是让人感到不习惯,因此大部分的时间我都是自己在家煮,既省钱又可以吃到自己喜欢的东西。对我而言,怀念家乡味就是一个让自己下厨的最大动力,只要是想吃的东西我就会想办法煮出来,若是能有个三分样就可以让我吃得很满足。既然要自己下厨,去超市采买也是一个重点。逛超市是一件有趣的事情,例如有时可以看到一些没见过的食材、不同超市每个礼拜都会有不同的特价、加入会员可以享有折扣、遇到重要节日时也会主打各种应景商品等等,至少在这段时间里可以抛开课业,也算是调剂身心的一种方式。

至于在根特的移动方式,可以选择搭公交车(bus)、路面电车(tram)、骑脚踏车或是走路。骑脚踏车是许多人的选择,行动方便、机动性又强,不过根特有些地方的路面是由砖头铺成的,因此高高低低的比较崎岖一些,这是骑脚踏车需要注意和习惯的部分。而不想要骑车的我,主要就是靠着两条腿到处趴趴走,虽然花的时间可能会稍微长一点,不过我就顺势当成是每日运动了。而距离稍微长一点的地方当然就需要搭公交车或是路面电车,单趟的车钱最贵可以到3.4欧元,最便宜的是十次票14欧元,所以搭车前也需要好好考虑一下。虽然跟台北的公交车捷运系统比起来没有那么便利,但也还算是方便了。

在根特也有许多大大小小的公园和绿地,河岸的风景也很美,有时候想要出门散散心、或是跑步运动等等,都可以到这些地方转转,我想这也可以让我们稍微转换一下心情,吹吹风醒醒脑,让我们在面对课业研究的时候有更清晰的思维和更高的效率。【精彩内容,下期待续~】

 

撰文:光电所硕士班学生许晏翔

因为一些作业流程的问题,导致我们无法在开学前申请宿舍,因此必须自己找校外的管道租屋。如果已经拿到根特大学入学许可(电子文件或实体皆可),建议附加在寄给房东的email中,有个简单的身分证明,房东的回复机率会高很多。因为根特位于荷语区,所以租房契约通常是以荷兰文撰写,强烈建议用google翻译翻成英文后仔细阅读,如果有看不懂或是模棱两可的语句,务必马上连络房东问清楚。其中最需要注意的重点就是水、电、网络费是否包含在每个月的租金里,以及是否需要自行购买垃圾分类的专用塑料袋。比利时的垃圾分类方式和台湾不同又相当复杂,管理单位甚至会请私人公司打开垃圾袋随机抽查,不小心丢错会先被警告后罚钱,不可不慎。可回收资源里,啤酒瓶的情况比较特殊:购买啤酒时,每罐330mL的啤酒会额外收取0.1欧元的押金,待喝完啤酒后,可以把空瓶拿回超市(不一定要原购买超市)结帐柜台直接折抵消费,或是找超市内回收空瓶的机器兑换折价券。

跟大多数欧洲国家一样,比利时的物价普遍偏高,若是餐餐外食,荷包肯定吃不消。所以对留学生来说,以下两种食物来源较为经济:学生餐厅和自炊。一旦办好注册手续取得学生证,就可以在学生餐厅以相对低廉的价格享用欧式简餐,通常包含蛋白质(炖煮、烤、炸肉、鱼类等)、纤维素(炖煮蔬菜)和淀粉(炸薯条、煮马铃薯、米饭等)的一餐不到4欧元,而这个价位在校外餐厅还不够买一碗汤。学生餐厅固然便宜又快速,但是变化少、容易腻,而且有时做实验或晚下课耽误到用餐时间,饥肠辘辘来到学生餐厅只剩下冷盘三明治,故并非长久之计。因此,我比较推荐自己煮。比利时物价虽高,但超市食材的价位就合理很多,打折时相同品项甚至比在台湾卖的还便宜。虽然多花了一点采买和洗碗盘的时间,但好不容易出国留学,岂能错过锻炼厨艺的好机会?每学期国际学生交流社团和宿舍举办的international dinner(每个人自备一道菜的walking buffet形式),正是大展身手的时刻。品尝用外国食材做出的家乡料理,文化交流的效果绝对比学术研讨会来得更好。

比利时属温带海洋气候,一年之中有200天下雨,出门最好随身携带雨具。春夏之际经常下冰雹,日夜温差大,推荐洋葱式穿法。如果习惯骑脚踏车,也可以在一般日用品店购买全身式的雨衣。根特市政府提供学生以便宜的价格租脚踏车,一年租金60欧元、押金60欧元,押金视还车时的车况部分退还(我因为没有保养,60欧元没拿回一毛)。学期开始前市中心广场上会举办二手脚踏车市集,但大多数品项物不美价不廉,且无论新旧,脚踏车及其相关商品的售价大约比台湾贵两到三倍,所以在根特买脚踏车非常不划算,横竖只用一年,不如租车省事又省钱。如果骑不习惯根特市中心的砖铺路面,巴士和轻轨电车是方便舒适的选择,建议到火车站或是公交车总站购买14欧元的十次票最为经济。【精彩内容,下期待续~】

 

 

 

 
     
 
 

李翔杰助理教授于2004年及2006年取得台湾大学土木工程学系学士学位和光电工程学研究所硕士学位,毕业后前往美国麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology, MIT)攻读电机与资讯工程学博士学位。在攻读博士学位期间,主要探讨光电技术在生物医学领域的应用。其研究成果包含利用光学同调断层显微术(Optical Coherence Microscopy),与哈佛医学院(Harvard Medical School)和贝斯以色列狄更尼斯医学中心(Beth Israel Deaconess Medical Center)病理实验室合作进行高速且实时的病理组织光学影像研究。此外,亦利用内视镜式光学同调断层扫描术(Endoscopic Optical Coherence Tomography)与哈佛医学院和波士顿荣民医疗体系(Veterans Affairs Boston Healthcare System)先进内视镜影像中心合作,进行人体消化道疾病早期诊断以及内视镜治疗后的预后评估之整合性研究。

李翔杰助理教授于2017年2月取得博士学位后返台加入台湾大学光电工程学研究所,其研究领域包含:(1) 结合光学同调断层扫描术以及光学同调断层血管摄影术于癌前病变的早前诊断、(2) 微小型光学成像系统的研究与开发,以及 (3) 非侵入式光学成像技术。

在教学研究之余,外出旅行摄影和看电影等都是李教授喜欢的休闲方式。

由于未来在职场上的工作绝对不只是单一面向,李教授想勉励光电所的学生在就学期间,除了积极充实自己研究领域的相关知识以外,也可以积极涉猎其它不同领域的知识,增加自己能力的深度以及广度。在学期间修课的成绩不是绝对,重要的是是否在就学期间有所收获,因此能在日后跨入产业界之后,能找到自己的定位,并做出贡献。


 
 
 

High-Mobility Graphene Field Effect Transistors on Bare SiO2 Substrates

Professor Chih-I Wu

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 吴志毅教授

Here we use the chemical vapor deposition (CVD)-grown graphene on Cu foil and then transfer it via the polymer-free method to the SiO2 substrate like Fig.1.

The Dirac point of the large size GFET has a significant shift at about 82V (see figure 2a). Carrier mobility was extracted as shown in figure 2 and the electron and hole mobility are 1400 cm-2V-1s-1 and 250 cm-2V-1s-1, respectively. The hole mobility is close to the CVD graphene transferring on SiO2 substrates at 1.6K. This result implies that the large size GFET has too many defect and carbon cluster (see figure 1) at the channel, which will affect the electronic properties significantly.

Dirac point is around 28V and the shape of this curve is more symmetry than that shown in figure 2a. The carrier mobility of electron and hole is 5578cm-2V-1s-1 and 7734cm-2V-1s-1, respectively, and the mobility is much higher than the large size GFET. Fig.2b shows us that the small size GFET exhibits the Dirac point closer to the 0 point, because the defects or domain boundary will adsorb some particle on it such as H2O molecular to cause the p-type doping. The p-type doping will also affect the carrier mobility and affect the electron mobility especially.

In this study, we have demonstrated a new transfer technique for transferring graphene to prevent the PMMA residuals on the graphene surface. The Dirac point of small size GFET is at about 28V which shows the graphene intrinsic electronic properties. And the carrier mobility of small GFET are 5578cm-2V-1s-1 and 7734cm-2V-1s-1, respectively and this value is much higher than the data reported in the previous researches on bare SiO2 Substrates.

FIGURE 1. The OM image of CVD graphene transferred on a SiO2 substrate by polymer-free method.

FIGURE 2a & 2b. The Vg versus σ of large and small size graphene FET, and the Dirac point is shift to 79V and 28V respectively.

 

     
 
 
论文题目:锥形光纤探针检测器于酒类与细菌检测之发展与应用

姓名:戴义欣   指导教授:黄定洧教授、魏培坤教授

 

摘要

本论文利用蚀刻锥形光纤探针做为检测的主轴,根据Snell折射定律,此锥形光纤在液体环境下,入射光于锥形光纤针尖内会形成全反射,形成相当程度的近场光源,在液体折射率由低变高时针尖的近场光会耦合至远场,造成远场绕射的光强度与光场分布变化,此远场讯号配合适当的收光面积,可以非常灵敏、实时量测到微量液体的折射率变化,在论文中第一部份为利用此锥形光纤的近场光学特性,检测假酒中甲醇及水的含量。另外此针尖的近场光也会因微小透明颗粒的靠近,耦合至远场,造成收光强度明显的增强,在论文中第二与第三部份,由此技术结合介电泳力应用于侦测水中大肠杆菌含量,并利用离焦技术及特异性抗体修饰,提升大肠杆菌检测灵敏度及专一性检测能力。

图一、(a) 光纤量测假酒架设,(b) 光纤尖端SEM影像,(c) 40%乙醇掺杂甲醇实验
图二、(a) 结合介电泳力之光纤量测架设,及大肠杆菌吸引和排斥影像,(b) 大肠杆菌浓度检测实验

 

 
 
 

— 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、王子圣 —

高效全像影像

坎培拉澳大利亚国立大学、中国南京大学及美国橡树岭国家实验室的合作团队,成功地将由奈米柱数组组成的介电质超颖接口(metasurface)制造出高效、微形透明全像图。

近年来,超颖接口即一种由改变入射光之相位、振幅及偏振的共振次波长尺寸组件数组所组成的超薄图案化基板,已成为一个研究热门主题。一些研究小组现在正在设计,透过共振散射操作的全介电质版之超颖接口,用于实现各种平面光学组件如波片、Q板及透镜等。

到目前为止,许多超颖接口的设计及功能主要基于电浆子平面结构。然而,大多数超颖接口都会因为其金属成分的损耗而造成透射效率偏低。相比之下。全介电共振的奈米光子学结构避免了吸收损耗,并且可以显著地提高整体效率,尤其是在传输方面。

Lei Wang及其同事表示,现在已经可以利用介电奈米结构的米式共振(Mie resonance),设计和制造出灰阶的「后设全像图」(metaholograms),并且可以操作在具有高透射及绕射效率的近红外光频段(如图1所示的袋鼠图为例)。

图1、波长1600 nm之 (a) 理论及 (b) 实验结果的全像图 。

论文作者提到,他们在实验上实现了具有优良透射性能的灰阶后设全像图。他们采用了基于广义惠更斯原理(Huygens’ principle)的多共振响应概念,此概念提供了一个清楚的程序,来抑制多个波长的后向散射,并允许前向光以几乎无反射的形式传播。他们设计了由硅奈米柱子的绕射晶格所组成的不同类型的全像图,奈米柱具有与尺寸相关相位延迟的特性,这样的特性可以让他们在整个全像图上实现2π的相位变化及在操作光谱频宽上得到超过2π的变化。基于这个原理,他们制造了不同的后设全像图,并以实验证明了在1600 nm的波长下,可以实现超过99%的绕射及超过90%的透射效率,图2表示了透射和绕射效率的实验及数值光谱。这是迄今为止对后设全像图而言,在一个宽的光谱范围内再现灰阶影像的最高效率。在这种情况下,绕射效率被定义为全像影像的功率相对于由后设全像图传输的总功率。

图2、两个全像图的 (a) 透射及 (b) 绕射效率(曲线表示理论上的数据,圆点则是实验数据)。插图表示不同波长下的全像影像。

研究团队的后设全像图由一个具有相同高度(865 nm)但变化半径在(79–212 nm)的硅奈米柱密集数组组成,其以750 nm的周期布置在正方形晶格中,并且具有0.75 mm的总长度。当照射时,后设全像图会在10 mm的距离处产生尺寸为5 mm的影像。

他们透过低压化学气相沉积法,在二氧化硅芯片上沉积多晶硅以制造后设全像图,然后使用电子束微影制程及折射离子蚀刻,建立所要的奈米柱图案,每个奈米柱都当于全像影像中的一个具有尺寸相依相位延迟特性的像素。图3为所制造出的其中一个后设全像图的电子显微镜影像及其可见的暗视场光学显微镜影像,此影像类似于设计好的相位光罩的一个布局,因为不同尺寸的奈米柱会散射不同的可见波长。

图3、(a) 后设全像图的SEM影像;(b) 全像超颖接口的可见光暗视场显微镜影像。

研究团队表示设计的后设全像图具有375 nm的操作光谱频宽,他们提出来的设计方法可以扩展到可见光谱区,并且可能与诸如Ge、GaAs或金刚石这类的高折射率材料兼容。

 

参考资料:

1. Oliver Graydon, Metasurfaces: Efficient holograms, Nature Photonics 11, 76 (2017)

doi: 10.1038/nphoton.2017.7

http://www.nature.com/nphoton/journal/v11/n2/full/nphoton.2017.7.html
2. Lei Wang, et al., Grayscale transparent metasurface holograms, Optica 3, 1504–1505; 2016.

https://doi.org/10.1364/OPTICA.3.001504

   
 
 
 
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