第135期 2017年11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:2017.11.30
 
 

本所刘致为教授荣膺「2018 IEEE Fellow」,特此恭贺!

本所博士生蔡政庭同学荣获财团法人中技社「2017年度科技奖学金」(林恭如教授指导),特此恭贺!

本所12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

12/1 (Fri) Prof. Milton Feng
University of Illinois at Urbana-Champaign

From Alloy LEDs and Lasers to Transistor Lasers (Devices that Changed the World)

博理馆
101演讲厅

15:00~16:30
Prof. Keisuke Goda
University of Tokyo

Extreme Imaging for Large-Scale Single-Cell Analysis

博理馆
101演讲厅

16:30~18:00
12/22 (Fri)

Prof. Linbo Liu
Nanyang Technological University, Singapore

待订

电机二馆
105
演讲厅

14:20~16:00
12/29 (Fri)

王威执行长
明达医学科技

待订

博理馆
101演讲厅

14:20~16:00

 

 

 

 
 
     

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 ~

【之一】

撰文:光电所硕士班学生杨子德

我所看到的UGent

在台大光电所读书的最后一年,透过所上的资源,很幸运地得以前往根特大学攻读双硕士学程,利用一年的时间体会留学生活。根特大学在哪里?一直是个非常难回答的问题。显然地根特大学位于比利时法兰德省(Flanders)的典雅小城—根特(Ghent)中,却由于城市内遍布着根特大学不同的院系建筑,因此要指出最具代表性的一栋建筑着实令人烦恼:农学院位在古城区的西边紧邻着弯曲的美丽河道,工程与建筑学院位在市中心一栋古典庄严建筑物,隔着转角附近便是新颖现代风格的教务处,光电系所则是位于远在南方骑脚踏车30分钟的科技园区中。根特大学没有主校区,而是一个融入这几百年老城中,学术严谨且充满文化气息的学校。

左图:根特古城区;右图:光电系所大楼

记得刚到根特的第一个礼拜,选完课之后接下来便是一连串寻觅上课地点的过程。早上的英文课在工程学系的系馆,下午的课在科技园区,因此走到街角的学校餐厅简单抓个三明治快速地解决午餐,便掐着时间转车前往。在搭了一班轻轨、转乘一辆巴士后,上了一堂生医光电课,回程发现同学们几乎都是骑脚踏车,教授也不例外。一来学校分散在整个城市内,自己骑车节省交通费,二来当作是运动。于是我租了一辆脚踏车,从此又探索了这城市中不同的角落。

左图:根特200年标语;右图:古城区河道

根特大学有许多的外国学生,不论是Erasmus计划的交换生、或是学位生,都共同生活在这城市之中。课程上有许多的课是用英文授课,因此在课堂上可以看到各个不同国籍的学生。这一年的时间,我和来自西班牙、意大利、苏格兰、俄罗斯、比利时的同学一同修课、实验、生活。在工程学院的欢迎会上,有一个自我介绍的环节,介绍每个人的名字国籍以及修习的学系。犹记得,当初在介绍完后,教授说道:「现在的你们依着各自的国家而坐,希望在这一年之中,这个现象会消失,不同国家的学生能够穿插而坐,来自不同背景的人互相摩擦产生的火花正是根特大学所期望能够看到的,你们来学习而我们也从你们身上获得不同的视野。 」

图:与各国朋友聚会

修课的时候大部分是小班制,小教室内大约五到十个学生。学生遇到不清楚的地方或遇到问题会勇于发问,老师也很乐于与学生互动重新讲解。课程部分根特大学是欧洲出了名的严格,作业与报告平均一周两个左右,相当扎实。考试与台湾不同的是在答完写作部分后通常会有口试(oral exam)。他们的学生非常习惯与善于口试,口试也能够较清楚地让授课老师了解你的程度,给予回馈。而在研究方面,风气与台湾也有些不同之处。研究题目会有supervisor和advisor,分别是指导教授与协助的学长姊,比较多的时候是个别与教授的讨论与规划实验,然后advisor会适时提供需要的帮助。实验进度方面较多时候需要自己规划实验,及主动和教授约会议、报进度。在国外的这一年,不论是在学习与研究方面,都必须要主动自发安排,对自我有所要求。最重要的是要勇敢跨出舒适圈,才能看到出乎意料的人生风景。【精彩内容,下期待续~】

左图:上课情形;右图:校外教学参观太阳能厂

 

撰文:光电所硕士班学生林暐杰

我所看到的UGent

首先很感谢前所长黄升龙教授的努力与所办筱文姊的帮助,让EMSP计划可以持续推动,也感谢林晃岩老师的鼓励和支持让我参与这个计划。本篇会先以根特大学为主作介绍,并概略分享课内课外的学习,让有兴趣的学弟妹们可以感受实际的生活,且能提早开始准备。

这次的EMSP计划我前往的是位在比利时根特的根特大学。根特在比利时偏向荷兰交界处附近,优越的地理位置使学生很方便能到达荷兰或比利时各个城市。而根特是一座大学城,在城市内到处都可以看到学校学院,是学校和城市的完美融合。因此在根特大学就读,时常有走在古老欧洲时代的感受,能享受古色古香的欧洲氛围。在台北生活二十几年后,初到根特会觉得是不大的城市,大约只有台北的二分之一,但人口却只有台北的十分之一,因此在根特的生活步调是悠闲且不拥挤的。然而生活机能却十分便利,一南一北两个主要的大火车站,班次密集的轻轨和公交车,再加上规划完整的脚踏车步道,不论是上学或是购买生活用品都能轻松前往。

根特大学是名符其实的综合性大学,研究领域广泛。学校共设11个学院,自然科学、医学与健康科学、工程与建筑、艺术与哲学、法律、经济学与工商管理、兽医学、心理学与教育学、生物科学工程、药学,和政治与社会学,共117个系。根特大学是世界顶尖的研究型大学,也是比利时最有名的大学之一。建于1817年,今年刚好是学校200周年校庆。根特大学的座右铭是”Dare to Think”,学校鼓励学生有独立思考能力和批判性思考。根特大学凭借着扎实的研究能力,在世界大学排名上表现十分亮眼。在最新的2017世界大学学术排名(ARWU),根特大学排名世界69名,在比利时排名第1。而在全球大学研究影响力排名中,根特大学更是排名53名。

初到欧洲读书,一开始很担心文化差异和语言造成的不适应。但是或许因为比利时位在欧洲中心,因此比利时对于不同国家的人或文化包容度很高,在根特大学也有将近一成以上的外国留学生。虽然比利时不是英语为母语的国家,依照地理位置主要区分为荷兰语以及法语,而根特位在荷兰语区,但由于比利时人从小的教育以及英语电视节目媒体的接触,比利时人的英语普遍都相当流利。所以在日常生活,不论是购物或是进餐厅用餐,抑或和路上的人搭讪问路、用英语沟通,都相当友善没有隔阂,在学校方面也开设了许多全英语的课程,因此从上课内容到课后询问或是和同学讨论也都可以用英语作良好的沟通。

EMSP课程一同上课的同学其实并不多,每堂课同学大多都十人左右的小班教学,因此除了课堂认识朋友外,根特大学有许多学生组织每周都有许多活动让学生们能认识彼此。从光电所上本身的组织每学期办的烤肉聚会,到工程学院的学生组织VTK或是国际学生的学生组织ESN办的体育竞赛、各国料理分享、划船攀岩等等活动,都让我们感到不孤单,能认识更多朋友。回想在根特的这一年,虽然修课很多,但内容充实,且结交到许多好友,是我非常难忘且珍惜的一段时光。【精彩内容,下期待续~】

根特大学上课情况

根特城市风景

 

 

 

 

 
     
 
 

A method for enhancing the favored transverse-electric-polarized emission of an AlGaN deep-ultraviolet quantum well

Professor C. C. Yang’s Lab.

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 杨志忠教授

An AlGaN quantum well (QW) structure of a deep-ultraviolet (UV) light-emitting diode (LED) needs to be well designed for controlling its band structure such that the heavy-hole (HH) band edge becomes lower than the split-off (SO) band edge and hence the transverse-electric (TE) polarization dominates the emission for achieving a higher light extraction efficiency. Here, we report the discovery of un-intentionally formed high-Al AlGaN nano-layers right above and below such a QW and their effects on the QW for changing the relative energy levels of the HH and SO bands. The comparison between the results of simulation study and polarization-resolved photoluminescence measurement confirms that the high-Al layers (HALs) represent the key to the observation of the dominating TE-polarized emission. By applying a stress onto a sample along its c-axis to produce a tensile strain in the c-plane for counteracting the HAL effects in changing the band structure, we can further understand the effectiveness of the HALs. The formation of the HALs is attributed to the hydrogen back-etching of Ga atoms during the temperature transition from quantum barrier growth into QW growth and vice versa. The Al filling in the etched vacancies results in the formation of an HAL. This discovery brings us with a simple method for enhancing the favored TE-polarized emission in an AlGaN deep-UV QW LED.

Fig. 1 (upper) TEM image to show the HALs (dark stripes). (lower) Geometric phase analysis image.

Fig. 2 Schematic drawings to show the formation mechanism of the HALs.

 

Surface plasmon coupling for suppressing p-GaN absorption and TM-polarized emission in a deep-UV light-emitting diode

Professor Y. W. Kiang’s Laboratory

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 江衍伟教授

The radiated power enhancement (suppression) of an in- (out-of-) plane-oriented radiating dipole at a desired emission wavelength in the deep-ultraviolet (UV) range when it is coupled with a surface plasmon (SP) resonance mode induced on a nearby Al nanoparticle (NP) is demonstrated. Also, it is found that the enhanced radiated power propagates mainly in the direction from the Al NP toward the dipole. Such SP coupling behaviors can be used for suppressing the transverse-magnetic (TM)-polarized emission, enhancing the transverse-electric (TE)-polarized emission, and reducing the UV absorption of the p-GaN layer in an AlGaN-based deep-UV light-emitting diode by embedding a sphere-like Al NP in its p-AlGaN layer.

Fig. 1. (a)-(d) Schematic demonstrations of simulation structures A-D.

Fig. 2. Spectra of the normalized radiated power in structures B-D when an x-dipole is used (d = 50 nm). The vertical arrow marks 270 nm.

Fig. 3. Similar to Fig. 2 except when a z-dipole is used (d = 50 nm).

 

 

     
 
 
论文题目:奈米尺寸层状p-型氮化镓的高导电率与其等效导电率量测方法

姓名:陈浩宗   指导教授:杨志忠教授

 

摘要

我们使用分子束磊晶法(Molecular Beam Epitaxy)成长p掺杂与未掺杂氮化镓(GaN)多层奈米结构,达到超低电阻率 0.038 Ohm-m,低电阻率之原理是靠着p型氮化镓层的电洞扩散至两侧未掺杂氮化镓奈米层,藉由未掺杂层的高电洞迁移率特性,大幅提高整体导电率。我们也进行模拟研发基于Brooks-Herring理论建立受离子化后杂子散射的电洞迁移率(hole mobility)分布和随深度变化的电洞浓度分布,藉由此分布我们也可以了解电流流经的区域,进而计算与实验结果吻合的等效电洞浓度、等效迁移率与等效电阻率。

图一为不同样品的电洞浓度与电阻率,在样品D (p-GaN 4 nm/ u-GaN 2.5 nm)达到最佳的导电率与最低的电阻率,由图二电洞迁移率可以看到,有使用未杂层氮化镓当作导通层的样品,其迁移率都大幅上升。

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、孟庆棠 —

乌贼眼睛之渐变折射率特性

相比于人眼,鱼与乌贼的眼睛具有拋物线渐变折射率的球面透镜,此设计被认为是在光亮度较缺乏的海洋当中的最佳化,亦即将敏感度与视觉敏锐度最大化,且如同知名19世纪苏格兰物理学家James Clerk Maxwell所预测的,此设计亦可形成无像差影像。然而,直到现在,我们还未清楚渐变折射率透镜是如何于这些生物之中构成且是由均质材料,例如单一蛋白质溶液所组成。现在,Jing Cai与其于美国Pennsylvania大学的同事经过调查足类乌贼(Doryteuthis pealeii,如图1所示)而找到了解答(Science 357, 564–569; 2017)。

 
图1、一只足类乌贼照片显示其具有球面渐变折射率透镜。

在单波长情况下,Maxwell描述径向位置与折射率关系(如图2公式所示),以致于球面透镜能聚焦于一无像差影像于视网膜。n(r)为折射率,r为半径距离,nc为透镜中心折射率,ne为透镜周围的折射率。

 
图2、位置与折射率的关系式

乌贼眼睛的折射率材料是由称作S晶体的蛋白质所组成,此S晶体由谷膀干肽S转换酵素酶与可变长度的肽环组成。此研究团队使用胶状电疗法,将蛋白质分子重量分布为透镜半径函数之特征。实验结果显示带有非常小环的蛋白质高度充斥于透镜的核心,而中等大小的环则是充满于透镜周边。带有较长环的S晶体则是充满于整个透镜。

藉由小角度X光散射实验可观察S晶体空间的结构。构造上的拟合分析证实蛋白质溶液包含成对连结炼状的S晶体与蛋白质网络内复杂的多粒子节点。

当从不同的透镜径向位置取出的组织被稀释至0.01的体积比例,然后再经由离心过程,可观察出蛋白质液体与微粒。相对蛋白质的数量与微粒密度均随着靠近透镜中心而增加,因此这解释了渐变折射率的轮廓。在采集于透镜周围的样本中,微粒是一个软且整体生成半透明的胶状物,而相对采集于透镜中心的样本则是形成白色的粉末。

 

参考资料:

1. Noriaki Hiriuchi, Graded-Index Squid Eye, Natural Photonics 11, 318 (2017)

DOI: 10.1038/s41566-017-0023-1
https://www.nature.com/articles/s41566-017-0023-1

2. J. Cai, J. P. Townsend, T. C. Dodson, P. A. Heiney, A. M. Sweeney, 357, Issue 6351, 564-569 (2017)

DOI: 10.1126/science.aal2674

   
 
 
 
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