第130期 2017年6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:2017.06.30
 
 

本所彭隆瀚教授荣膺本校「2016学年度优良导师」,特此恭贺!

本所7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

7/26 (Wed) Prof. Kent Choquette Electrical and Computer Engineering Department, University of Illinois

Vertical Cavity Laser Arrays: Present Status and Future Prospects

博理馆
201会议室

14:30~15:30

 

 

 

 
 
6月份「光电所专题演讲」花絮(花絮整理:姚力琪)
时间: 2017年6月9日(星期五)下午4时30分
讲者: 陈建任董事长(联亚光电股份有限公司)
讲题: Semiconductor Lasers & Detectors and Their Applications in Optical Communication
  陈建任董事长于6月9日(星期五)应本所彭隆瀚教授邀请莅临本所访问,并于博理馆101演讲厅发表演说。陈董事长本次演讲题目为「Semiconductor Lasers & Detectors and Their Applications in Optical Communication」。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。

 

 陈建任董事长(右)与本所所长林恭如教授(左)合影

 

时间: 2017年6月16日(星期五)下午4时30分
讲者: 王俊凯博士(国立台湾大学凝态科学研究中心研究员)
讲题: 从飞秒到奈米,从基础到应用:我的光学路(From Femto to Nano and From Fundamental to Applications: My Optical Path)
  王俊凯博士于6月16日(星期五)莅临本所访问,并于博理馆101演讲厅发表演说。王博士本次演讲题目为「从飞秒到奈米,从基础到应用:我的光学路」。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。

 

 本场演讲者王俊凯博士

 

 

~ 2017 光电杯球类竞赛  花絮报导 ~

(时间:2017年5月21日;地点:台大旧体育馆

花絮整理:所学会会长蔡瑞祥

又到了一年一度的光电杯运动盛事,光电杯是由所学会主办的活动,运动是一件非常健康的事,此活动的目的即是为了让研究生在做实验之余,能不忘藉由运动来纾解压力,以及让身体保持健康。光电所的同学除了学习优秀、研究认真外,在体育方面也表现得相当不错,许多人脱下实验袍后就变成了运动健将,在各个运动领域独领风骚。这次的活动进行得非常顺利,除了感谢光电所的同学们热情参与之外,也特别感谢所学会的成员们,才能让这次的活动圆满落幕。

很庆幸当天是好天气,让各个参赛选手能没有后顾之忧地前往参赛,这次我们选用旧体育馆当作比赛场地,由于场地大致上很完善,也让选手们能安心比赛。比赛项目的部分,则是羽球双打和篮球三对三斗牛,以及特别设计的篮球趣味竞赛,不论是羽球还是篮球都比得相当刺激,而且大家也很有运动家精神,成败是其次,每一位选手都非常享受比赛。

图一、羽球预赛

图二、羽球复赛

图三、篮球三打三赛程

羽球的部分总共有八个队伍,在进行一轮预赛后,晋级队伍数目剩下四队,再由复赛比出前三名,大家都打得相当尽兴,也很乐在其中。篮球的部分则是由十个队伍进行比赛,刺激的碰撞让场下观众看得非常紧张,不过选手们都很有风度,没有任何的火气,就这样经过了将近两小时的奋战后,决定出了前三名的队伍,此时大家已经非常疲累,可见消耗了很多体力。在羽球与篮球皆进行完毕后,休息了将近半小时让大家喝个水喘口气,紧接着则是由我们所学会成员精心策画的篮球趣味竞赛。经过详细解说以及示范后,每个报名队伍相继进行,大家都试着用最快的速度完成比赛,有人掉球、有人跑错位置,比赛过程中充满着欢笑,一解刚刚篮球、羽球比赛的紧张刺激感,顺利达到趣味竞赛的目的。

图四、篮球比赛赛况

图五、羽球比赛前三名

 图六、篮球比赛冠军队伍

随着趣味竞赛的结束,活动也进入尾声,我们一一颁发奖杯以及奖励给各项比赛获奖的选手,大家都非常开心,活动也很圆满地落幕了。这次的活动再次感谢各个所学会成员的帮忙以及用心,最后还要特别感谢所办公室姚小姐的协助,我们才能顺利办好活动,希望未来光电所的各位都能踊跃参与所学会所举办的活动,谢谢大家。

 

 
 
 
     

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 ~

【之六】

撰文:光电所硕士班学生陈廷豪

都来到国外了,当然要来交个外国朋友啊!我就是抱持着这个心态,尽量主动去找人聊天。在国外搭讪是一件稀松平常的事情,而且不会奇怪。有一次在克罗艾西亚的夜店,我面前的男生就直接主动搭讪旁边漂亮的外国女孩,然后很自然地聊了起来,在后面的我只能后悔自己没有早一点行动。根特大学的学生会有提供一个Buddy system,也就是会有当地的学生当你的学伴,有问题时可以问他,在我刚到根特时,我的Buddy就陪我去学校注册、办银行账户和帮忙找房子,真的是帮了我很多!而我的Buddy也提到比利时的学生在周末几乎都会回家,所以我周末只能找其它国际生一起游玩。除此之外想要进一步认识外国人的话,可以选需要分组讨论的课,像我有一门「Dare to start」的课,为了完成这门课,我们每周都必须约出来开会一次,自然而然就会很熟悉,甚至在课程结束后还会继续联络。

在宿舍时,每个晚上我都会藉由煮晚餐的机会与其它国际生交流,有时带瓶啤酒就可以去别人的寝室串门子。每到周五晚上,学生会都会有舞会,这时同层楼的住户有时都会相约去参加,然后隔天直接睡到中午,相约厨房煮午餐。

在实验室,比利时人做事效率很高,所以上班时间就是专心工作,下班后大家就各自回到自己的家,平时也不太会主动关心你生活上的事情,因此比较少有机会可以更进一步交流,或许会给人一种冷淡难亲近的感觉,我想这或许是因为他们上班时间不想闲话家常,以及注重家庭的观念,促使他们赶紧下班回去陪家人的关系,当然也有可能是他们对于外国人已经见怪不怪,所以比较冷淡。倒是跟其它非比利时的外国人相处很容易,或许是我们都同处异地,特别有革命情感。像我经常跟一位印度博士生聊天,他也经常主动关心我的研究,在冲刺写论文的阶段每天总要问两次以上"How is your thesis?",有时我的博班学长对我不满意时,他还会跳出来帮我,平时也会教我做事的方法,像是每天整理数据找博班学长讨论,就是他传授给我的方式。后来我完成我的论文,而他为他的博士论文忙碌时,换成我天天问他"How is your thesis?",当然我也不忘报答他,完成口试后,我就邀请他到我住的地方,煮一顿中式料理请他吃,并一起参加根特狂欢节!

与印度学长一起参加根特狂欢节

【精彩内容,下期待续~】

 

撰文:光电所硕士班学生吴镇国

我想我和多数同学一样,参加EMSP计划是第一次离家这么久到语言不通的地方生活一整年。所接触到的人们都是不同国家种族的人,难免会紧张,出发前心中充满着一些种族偏见的小声音(例如德国人很严肃、法国人很骄傲、意大利人很自我…...等等),不断提醒自己小心别犯到别人的禁忌。然而,这一年我却了解到,你不了解别人,同样的,别人也不了解你。如何拿捏与不同背景的人的距离(不过份装熟,也不过度自我防卫)是很有趣的课题。有时候因为不了解而产生的种族偏见也可以是开启话题的来源,敞开心胸主动搭起友谊的桥梁,才能让彼此开始互相了解。我想这也是EMSP合作计划成立的宗旨。

跨出学校生活圈,外面可能就会有点复杂,我有台湾朋友在欧洲工作时因为荷兰语不够流利而遭受困难。然而,学生环境还是相当单纯,以我的经验,只要你愿意说,对事情好奇,或有困难想问同学老师,大家都会尽力帮助你,相当有人情味。但就像我之前几篇文章所说的,一切要自己主动开口,不然没人知道你在想什么。课业上,只要有问题,老师无论下班时间多晚,都会陪你解决,或者可以再约时间到老师办公室,问到你满意为止。而研究上,主动提出你的想法或者询问老师可以努力的方向,老师也都会不吝啬地帮助你。

在台湾认识朋友通常是藉由共同的活动,例如修课、社团、工作等,久了才开始交谈,并进一步认识。而在国外,我有许多认识的朋友都是藉由搭讪认识的,可能上课觉得隔壁的人看起来很友善,或者因为好奇心而主动开启话题。从这些经验,我体悟到,自己平常要多读一些书,充实知识背景,这些平常累积看似没用的东西,往往都是通往其它世界的桥梁。【精彩内容,下期待续~】

 

撰文:光电所硕士班学生陈世昌

或许是因为上欧洲餐馆的费用都很高,学生们普遍都选择去酒吧聚会,而不像在台湾时会约在餐厅吃饭聚餐,因此,酒吧是个很好认识新朋友的地方,我们也在那里结交了不少外国朋友。初到根特时,我总是习惯和其它台湾朋友一起参加聚会,后来比较能驾驭语言时,我们便尝试独自去结交新的朋友。整体而言,我所认识的外国朋友们(交换学生居多)都非常热情健谈,尤其是南欧国家的朋友们,如意大利和西班牙,见面时也都会握手拥抱,有的更会像电影中用碰脸颊来打招呼,对于在相对保守的文化中长大的我,老实说第一次遇到的当下有点惊讶,不过后来也渐渐能接受这种西方社交礼仪。也因为认识的外国朋友们都来自许多不同的国家,例如爱沙尼亚﹑意大利﹑斯洛维尼亚﹑瑞典……等,大家都是基于对他国文化有兴趣才会选择当交换学生,相处时总是有许多聊不完的话题,他们对于中华文化也都非常感兴趣,有一位西班牙朋友更是把我问倒了,反倒由他来教导我「茶」的学问,也学习到原来我们平常所讲的「红茶」其实是一个很粗糙的说法,因为在茶叶的分类里,真的有一门包含了像是普洱茶之类的「红茶」类别。另外,也有不少外国朋友都听过「台湾」这个名字,有些人甚至知道台湾和中国大陆之间的矛盾,这着实让我十分钦佩他们的国际观。

因为EMSP计划规定的关系,与我们同年级的同学们大多都在其它伙伴学校就读及进行论文研究,所以我们在修习专业科目时的外国同学几乎都是大陆人,他们来自于大连理工,也是EMSP计划的一员。因为少了语言的隔阂,和他们相处起来相对容易,记得在去年寒冷又细雨绵绵的11月份时,因为课程需要而前往安特卫普的某研究机构参观,结束后的晚餐时间就有人提议一起去中国城内吃火锅,我们共十几个人就在热呼呼的火锅蒸气中无所不谈,十分愉快,而在之后的相处中,也发现其实他们这些新生代就跟我们一样,都会有平常爱偷懒耍废然后在考试前崩溃念书的时候,而不是传统刻板印象中无时无刻都在死命念书的样子。此外,对于两岸之间的政治议题也大多都很有默契地避而不提,似乎没有像报章杂志铺陈的那样敏感与针锋相对。

在与师长的相处方面,由于我的研究团队没有各自的实验室,因此除了在无尘室内进行实验及每周固定1~2次的meeting之外,基本上不太常碰面,但是这并没有影响到他们对我的关心,相反地我们的邮件往来非常频繁,也常常会在meeting结束后聊聊我在UGent的生活,更甚至后期在撰写论文准备要口试时,我的学长(Supervisor)还主动帮忙我把关硕士论文每一个章节的写作,也帮我找了许多其它不同领域的博班学长进行口试预演,修正我的口试内容的缺失,事后经过仔细思考,才发现学长虽然在平时meeting时总是不断给我许多很严谨的要求,但其实心地很善良也很用心,确确实实帮我在这一年内成长很多。另一方面,和教授们相处起来的距离感也比在台湾的小,在课堂结束时都会主动找我们聊天,关心我们的近期生活及未来规划,若有问题时也都会很亲切地与我们讨论,整体而言,EMSP很像是一个团队而不单单只是个系所。【精彩内容,下期待续~】

 

撰文:光电所硕士班学生王怡文

修课的时候认识的同学们,除了平时遇到时打打招呼、下课的时候闲聊两句,不然就是一起做实验、做报告和准备考试的时候会有比较多互动。其实就跟在台湾的时候没有什么差别,只是在国外你跟你的同学朋友们是用英文来沟通,而在台湾是用中文。真要说有什么不同的话,就是英文程度还没有好到能清楚地表达自己的意思,或是有时候想说的话会一时之间不知道怎么说,我个人觉得这是沟通上最大的困难。虽然不那么简单,但是透过聊天,还是可以听到许多有趣的事,更加了解其它地方的风土民情。

除了系上的课程,我也有修过三个月的荷兰文,来上课的学生来自不同国家、有着不同的专业,而同时课程也有许多机会用蹩脚的荷兰文和英文来和彼此聊天。在这个班上课的感觉很微妙,班上除了我和晏翔,其它人都是来自不同国家的欧洲人,他们对欧洲的文化、历史、节庆、风俗习惯都很熟悉,虽然来自不同国家,但是彼此之间会有一种共识的那种感觉,就像是华人社会里总是会有一些广为流传的历史故事一样。相对的,他们对于台湾,甚至是整个华人世界的历史、风俗、文字等等都不甚了解,也因为文化上的不同,他们会对这些充满兴趣,但有时候又会不太能理解。从我们的角度来看其实也是这样,这也是聊天有趣的地方所在,因为不理解而所有隔阂,但却也因为不理解才有试着去理解的趣味。记得有一次分组练习对话后的空闲时间,我和晏翔跟同组的人介绍中文字,一开始我们写了自己的名字,在他们眼中这就好像一个一个方块的图像一样。接着我们试图跟他们说明有些文字是由象形的原则造出来的,像是有三点水的字都是和水有关的、森林是充满木头的地方…...等等,没想到他们竟然也听得津津有味。更有趣的是,他们问我们,如果用中文写下一个句子,最快可以写多快?既然他们都开口问了,我当时就随手迅速地写下了「我觉得上课好难好累」之类的话,没想到他们也看得目瞪口呆,好像我在进行什么玄妙的创作一样。这也让我感到印象深刻,因为一些我们从小接触、已经习以为常的事情,在其它人的眼中竟是完全不同的样貌。后来过年的时候,我们决定写张中英对照的卡片送给同组的两个人,拜年之余顺便介绍一下成语和吉祥话,否则如果他们对中文的印象只剩下我对上课的感叹,岂不是太可惜了。

当然除了上课之外,旅游时也可以认识一些在当地生活的人,进而多了解一些当地的事。我个人出去玩很喜欢住民宿,透过居住环境、建筑、和民宿主人攀谈聊天,除了获得有用的旅游信息,也可以细细体会一个地方的生活方式、饮食文化和价值观…...等等,我觉得这些都是非常宝贵的经验,也能算是旅游中预期之外的收获。【精彩内容,下期待续~】

 

撰文:光电所硕士班学生许晏翔

比利时位处欧洲交通枢纽,夹在德、法、荷三国之间,其文化自然深受这三国影响。因其复杂的历史地理及政治等因素,致使比利时以三种官方语言区分出三大行政区:即荷语区、法语区、德语区,而首都布鲁塞尔更是双语(荷、法)区,其内部族群、文化、生活习惯之多元程度可见一斑;而身为欧盟创始国之一,比利时也经常是国际关注的焦点,其内部各族群与政治势力之间的关系亦经常被国际社会视为欧洲政治整合的借鉴,因此比利时又有「小欧盟」之称。

根特位于比利时荷语区,学生人数占10%以上,是个典型的大学城,国际化程度相当高。在这里,几乎可以用英文应付生活大小事,与年轻一辈的本地人用英语沟通几乎是零障碍。虽然用英文沟通很方便,但在根特大学就学期间,为更深入了解比利时的文化与生活,我报名参加了短期的荷兰文入门课程,与来自法国、意大利、瑞典、葡萄牙、利比亚等国家的同学一起学习基础荷兰文。或许校方预设大部分报名参加荷兰文入门课程的同学母语都属于欧洲语系,所以上课进度飞快,从第四周开始就全用荷兰文授课,这对于来自非欧洲国家的同学们而言是相当大的挑战。课程结束后,虽然无法将老师上课教的内容应用自如,但一些日常生活中的荷兰文,如菜单、路标、超市的特价传单,渐渐地开始看得懂了;与当地人—如超市店员、公交车司机、肉铺老板、路上行人—的对话,也从100%英文转换成掺杂少许荷兰文关键词的荷兰腔调英文。从当地人的言谈举止中我慢慢发现,人们开始对我更加亲切了、我们之间的距离似乎更近了,有些比较热情的对象甚至开始用荷兰文批哩啪啦讲一大串(我当然听不懂),生活中因此多了许多乐趣。常有人说:「学习一种新的语言,就会认识一个新的世界」,果真是如此。

在根特求学期间,适逢欧洲杯足球赛。从预赛开始,整个城市的气氛就变得相当不同:超市开始贩卖加油商品,各家厂商争相推出比利时国旗配色包装的啤酒、衣服、零食以及其它生活日用品(价格硬是比普通商品贵个几成),比利时代表队球员的肖像开始出现在街头广告牌、公交车广告上,在大学生经常光顾的酒吧街(Overpoortstraat),各店家开始挂上国旗以及支持球队的各种旗帜,整个大学城充满祭典氛围。随着赛程进展,比利时屡创佳绩,这种感受更加明显。八强赛的晚上,整个城市相当安静,教授提早下课、公司提早下班。街上少许行人边走边看手机的直播,大多数人都已经和亲朋好友待在酒吧或家里,啤酒、零食准备齐全,为球队加油。在自己的宿舍里,我甚至不需要打开计算机看直播,单纯从街上传来的人声就能掌握赛事的进展:进攻时兴奋的喧闹加油声、逮到好机会却进攻失败的失望吼叫、被对方进球的难过哀号、终于得分的欢声雷动…...。最后比利时止步于八强,身为一个外国人,我竟然有点失望,我想这就是所谓的祭典感染力吧。整个过程是我首次亲身体会到欧洲人对足球的热情,这种身历其境的文化体验,相较透过网络收看直播来得真实许多。【精彩内容,下期待续~】

 

 

 

 
     
 
 

Suppression of Current Collapse in Enhancement Mode GaN based HEMTs using an AlGaN/GaN/AlGaN Double Heterostructure

Professor Jian-Jang Huang's laboratory

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 黄建璋教授

In this work, an AlGaN/GaN/AlGaN double heterostructure (DH) was proposed and demonstrated for enhancement mode operations. The DH MIS-HEMT possesses a higher threshold voltage and lower drain current under the same bias than the SH (single heterostructure) MIS-HEMT. Current collapse measurement shows superior properties of DH MIS-HEMT in long and short pulse measurement. The suppression of current collapse is mainly attributed to the raise of conduction band in the 2DEG channel, resulting in better electron confinement but less total electron density. The results indicate the potential of using the p-GaN/AlGaN/GaN/AlGaN E-mode HEMT structure for power device/system applications.

Fig. 1. Device structures of the (a) SH MIS-HEMT and (b) DH MIS-HEMT.

Fig. 2. Illustration of dynamic measurement setup. Vmeasurement is 4V at the on-state.

Fig. 3. Normalized dynamic on resistance of the devices stressed in (a) long pulse mode with VDD = 10V, (b) long pulse mode with VDD = 40V, (c) short pulse mode with VDD = 10V and (d) short pulse mode with VDD = 40V. Note that the RON is normalized to the channel resistance of the devices with nearly no stress (VDD=5V and VG=0V).

 

Magnetically Driven MEMS Cat’s Eye Array

Professor Jui-che Tsai

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 蔡睿哲教授

We have developed a micro-electro-mechanical system tunable cat’s eye retroreflector array for optical identification. A rotational concave mirror is employed in the retroreflector to achieve modulability of the retroreflected optical intensity (Fig. 1). The magnetic force between the permanent magnet and magnetic beads on the rotatable concave mirror unit enables magnetic actuation and accomplishes modulation (Fig. 2). The magnetically actuated mirror achieves a large tilt angle. The tilt angle of the concave mirror can change from 0° to 12°, with the retroreflection efficiency varying from 19% to 5% correspondingly. The retroreflection efficiency versus the position of the permanent magnet is characterized. A dynamic image can be generated by applying magnetic force individually to each cat’s eye in the array.

Figure 1

Figure 2

 

© 2016 IEEE

C. C. Chang, T. Y. Chen, and J. C. Tsai, “Magnetically driven MEMS cat’s eye array as an optical identification,” IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 28, No. 5, pp. 554-556, Mar. 2016

 

     
 
 
论文题目:具钙钛矿结构材料之光学特性

姓名:魏子乔   指导教授:林恭如教授、何志浩教授

 

摘要

在本论文中,我们分析了具有钙钛矿结构材料之光至伸缩特性,包括过度金属氧化物钌酸锶(SrRuO3,简称SRO,如图一)与有机无机混合钙钛矿甲基氨基溴化铅(Methylammonium Lead Bromide,CH3NH3PbBr3,简称MAPbBr3,如图二)。

 具有钙钛矿结构之材料通常具有较强的电荷、电子自旋与晶格自由度的关联耦合,透过对于材料之拉曼光谱量测与分析,藉由声子频率随激发光源强度之变化,可观察到材料结构在应力上的改变。在单晶钌酸锶薄膜中,我们观察到了1.12%的应力变化,其可归因于材料晶体与激发光子造成的声子非平衡现象。对于单晶钙钛矿甲基氨基溴化铅,其光致伸缩系数在可见光下可高达2.08 × 10-8 m2 W-1,其物理原因乃材料具强烈的平移与旋转耦合特性与光伏效应和分子构型的平移对称性损失。除此之外,我们亦研究单晶钙钛矿甲基氨基溴化铅之非线性光学特性及其应用,包括光频谱之整形、稳定及限幅。结果显示具有钙钛矿结构之材料在相关光学领域具有许多应用之潜能。

图一
图二

 
 
 

— 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 —

在可见光波长下映射细胞动力学

从生医科学到工业应用等广泛学科的快速动态监测与高通量筛选不断增长的需求,推动了高速光学成像技术的发展。在这些技术中,最初开发用于高数据速率之全光信号处理的光时延伸成像(optical time-stretch imaging),在于其具有能够在MHz的规模下以超快帧率实现实时成像的能力,且比任何传统成像的系统更快数个数量级而最为突出。然而,由于低时间色散和高光学损耗,在许多生物学应用所需的可见光波长下,要实现空间分辨的光时延伸成像仍然存在许多挑战。

针对这些缺陷,Jiang-Lai Wu与其同事目前提出了一种优质的解决方案 [2],他们称之为自由空间角线性变频增强延迟(free-space angular-chirp-enhanced delay, FACED)技术,其不只可以提供高色散对损耗比,还能在可见光的频带下固有地提供超快全光激光光束延伸机制。因为在FACED中所使用的脉冲延伸概念是基于波长不变的几何光学,不一定需要色散,因此无论是否具有光谱编码(spectral encoding, SE),均可以实现光时延伸成像。

FACED装置由一对角度不对准的高反射率平面镜组成。由于小于1 mrad的微小角度偏差,光束传播可以被视为是一组由起点出发经远程终点再返回到起点,不会从镜组远程逃逸的空间线性变频的来回区折路径。这大大增强了每个路径的时间延迟,因此在紧凑的装置内(100–200 × 10–20 mm)与在通常不会被认为可以产生大的时间色散之有效介质的自由空间中,实现大于1 ns nm-1(或脉冲延伸大于10 ns)的显著时间色散,并且无实质的光学损耗(小于6 dB)。实际上,FACED是将输入脉冲光束转换成空间中的全光扫描光束。

FACED的工作原理如图1所示。其中,图1a是基于FACED的激光扫描时间延伸成像系统的总体示意图。通过角度分散器模块的输入脉冲光束(参见图1b中的详细原理图)聚焦在由一对角度不对准的高反射率平面镜组成的FACED器件的入口O处。前面提到过,因为微小偏差角度α的关系,光束传播可以被视为一组空间线性变频的来回曲折路径,其会从最终远程返回到输入起点,而不会从设备的远程逃逸。这样的光轨迹显著增强了不同路径之间的时间延迟,从而产生巨大的脉冲延伸(或如果是使用SE方案的话,则是时间色散)。对于入口O处入射角等于α整数倍的输入光线,在正常入射到达其中一个反射镜之后,它们会沿着初始入射的路径精确返回(见图中三个特别显示的光线)。这些被称为主光线的光线可以被认为是从虚拟光源中产生的光,其中每一个都具有小的发散角(=α)。实际上,FACED产生一个在空间中对准的时间延迟虚拟源数组,然后由中继透镜系统(如管透镜和物镜)作为扫描光束投影到样本上。图1b为角度分散器应用在SE方案(上图)及SE-free方案(下图)的示意图。其中,SE表示具有频谱编码;而SE-free则是无频谱编码。引入「角度色散」的SE及SE-free方案的关键要素分别是绕射光栅和柱状透镜。这两种方案中的伸缩透镜系统(由透镜L1和L2组成)用于控制输入光锥角Δθ。BS为光束分离器。而图1c是FACED的总体概念。FACED不仅可以及时引入脉冲延伸(具有由一串子脉冲组成的拉伸脉冲包络),而且还可以将输入脉冲光束转换成空间中的全光扫描光束。值得一提的是每个子脉冲都对应到虚拟源,即样本上的扫描点(参见图中三个特别显示的点,其对应于a中的三个基本射线)。
 

图1、FACED的工作原理图。

Wu和他的同事评估了FACED启用的可见光亮场时间延伸成像方案,对染色的生物组织切片与活的细微浮游生物在710 nm时,以10 MHz的有效线扫描速率的基本成像性能。他们还以80 MHz的线扫描速率在710 nm以2 ms-1的超快微流体流中显示单细胞成像。如图2所示,与每秒15,000帧的高速CMOS摄像机所拍摄的图像相比(左图),单个单元(右图)的时间延伸图像无模糊的情况,图像对比度和分辨率也较高,可以显示出次细胞的特征。该团队还展示了在这个未开发完成的可见光谱中的MHz荧光与着色时间延伸显微镜。此外,他们也进行了没有光谱编码方案的激光扫描时间延伸成像,得到了与普通光场透射显微镜相当的图像分辨率。
 

图2、由CMOS摄像机(15000 f.p.s.)和基于FACED的时间延伸显微镜所拍摄的超快微流体流中Scenedesmus acutus的图像。

研究结果表明该技术具有巨大的潜力,这将有助于提升高速及高通量生物显微镜的应用范围。研究人员设想,在正交方向上使用附加的高速光束扫描仪也可以进行二维超快速动态成像。

参考资料

1. Rachel Won, Laser imaging: Mapping cell dynamics at visible wavelengths, Nature Photonics 11, 214 (2017)

doi:10.1038/nphoton.2017.47
2. Jiang-Lai Wu, et al., Ultrafast laser-scanning time-stretch imaging at visible wavelengths, Light Sci. Appl. 6, e16196 (2017)

doi:10.1038/lsa.2016.196

   
 
 
 
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