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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:2018.05.30 |
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本所管杰雄教授与物理所蔡定平教授双方研究团队,合作研发可见光波全波段消色差超颖透镜,为光学领域带来更尖端的多领域应用。
系列研究发表于《Nature Communications》、《Nature Nanotechnology》以及《Nano Letters》,详情请参阅新闻稿报导。
本所6月份演讲公告:
日期
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讲者简介 |
讲题 |
地点 |
时间 |
光电所专题演讲 |
6/8
(Fri) |
陈鸿文博士
台达研究院
Advanced Green Photonics
Center
技术长办公室研发技术副理 |
待订 |
电机二馆
105演讲厅 |
14:20~16:00 |
6/15
(Fri) |
王祥辰教授
国立中正大学光机电整合工程研究所 |
Growth and fabrication of molybdenum disulfide devices |
博理馆
101演讲厅 |
14:20~16:00 |
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4月份「光电所专题演讲」花絮(花絮整理:姚力琪) |
时间: |
2018年4月13日(星期五)下午2时20分 |
讲者: |
Prof. Yoshiaki Yasuno (Institute of Applied Physics, University of Tsukuba) |
讲题: |
Three-dimensional polarization measurement by Jones matrix optical coherence tomography: principle and biomedical application |
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本所于4月13日(星期五)邀请Prof. Yoshiaki Yasuno于电机二馆105演讲厅发表演说,讲题为「Three-dimensional polarization measurement by Jones matrix optical coherence tomography: principle and biomedical application」。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。 |
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Prof. Yoshiaki Yasuno(左)与本所李翔杰教授(右)合影 |
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时间: |
2018年4月20日(星期五)下午2时20分 |
讲者: |
Dr. Chia-Hong Jan (Intel Senior Fellow, Intel Corp.) |
讲题: |
Predict the Moore's Law |
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本所吴志毅教授邀请Dr. Chia-Hong Jan于4月20日(星期五)至光电所发表演说。Dr. Chia-Hong Jan的讲题为「Predict the Moore’s Law」,本次演讲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。 |
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Dr. Chia-Hong Jan(右)与本所吴志毅教授(左)合影 |
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5月份「光电所专题演讲」花絮(花絮整理:姚力琪) |
时间: |
2018年5月4日(星期五)下午2时20分 |
讲者: |
张希成教授(国立台湾大学光电工程学研究所讲座教授) |
讲题: |
Let THz light shine out of darkness |
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张希成教授为本所聘请之讲座教授,5月4日(星期五)于博理馆101演讲厅发表演说。张教授本次演讲题目为「Let THz light shine out of darkness」。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。 |
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张希成教授(右)与本所李嗣涔教授(左)合影 |
时间: |
2018年5月11日(星期五)下午2时20分 |
讲者: |
张守进教授(国立成功大学电机工程学系暨微电子工程研究所讲座教授) |
讲题: |
InGaP/GaAs/Ge triple‐junction solar cells with ZnO nanowires |
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张守进教授于5月11日(星期五)莅临本所访问,并于博理馆101演讲厅发表演说。张教授应本所李翔杰教授邀请至本所发表演说,演讲题目为「InGaP/GaAs/Ge triple‐junction solar cells with ZnO nanowires」。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。 |
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张守进教授(右)与本所林恭如所长(左)合影 |
时间: |
2018年5月25日(星期五)下午2时20分 |
讲者: |
郭浩中教授(国立交通大学光电工程学系) |
讲题: |
Recent progress of VCSEL for communication 3D sensing and display |
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郭浩中教授于5月25日(星期五)莅临本所访问,并于博理馆101演讲厅发表演说。郭教授演讲题目为「Recent progress of VCSEL for communication 3D sensing and display」。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。 |
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郭浩中教授(右)与本所林恭如所长(左)合影 |
5月份「光电论坛」演讲花絮(花絮整理:姚力琪) |
时间: |
2018年5月16日(星期三)下午2时 |
讲者: |
张希成教授(国立台湾大学光电工程学研究所讲座教授) |
讲题: |
Next Rays? T-Ray! 下一代光?T-光! |
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联合国教科文组织订定5月16日为「国际光之日」,倡导以光学、光电为基础的技术,作为经济的驱动力,以期能在能源、教育、通讯、医疗等领域应用发展,进而改善人类生活,带来新世纪的科技技术革命。本场光电论坛为结合国际光之日的推广活动,邀集产学界人员共襄盛举,并进行互动交流。本次演讲特别邀请兆赫科技领域享誉国际的知名学者张希成讲座教授莅临,讲题为「
Next Rays? T-Ray! 下一代光?T-光!」,以浅显易懂的讲演方式,说明激光的历史到兆赫波的发展及应用。
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与会者合影 |
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~ 光电所所属实验场所小型紧急应变演练 ~
(时间:2018年5月14日,上午10:00~10:20)
撰文:陈姿妤
演练地点:电机一馆101室
演练内容:
本次演练主要目的为使人员在实验室意外灾害事故发生时各司其责,采取正确而有效方式控制灾害,并落实实验室人员具备紧急逃生之观念与方式,以提高紧急状况时的应变能力。
上午10:00于电机一馆101实验室,假设学生进行实验时,发生火灾意外,学生进行初步灭火后,紧急通报所办公室人员,并进行全馆广播人员疏散。本所人员接获通报后,即刻联系馆舍系办人员协助疏散支持;现场启动紧急分组编派人员协助:于出口引导疏散人员尽速远离馆舍、协助火势控制、设置人员禁止进入标示、设置救护站协助受伤同学、于集合区清点确认疏散人员名单。所办人员同时持续紧急联系实验室负责教师(王伦教授)、所长(林恭如教授)及本所环安卫委员(蔡睿哲教授)前往电机一馆出口广场前集合;由所长、环安卫委员掌握现场状况并进行指挥调度,确核实验室全部人员疏散完毕,顺利完成此次疏散演练。
此次疏散演练加强了大家在意外发生时,能实时进行紧急通报及疏散的观念。感谢教师、同仁及同学们的全力配合。
检讨改进建议:下次演练请一楼管理中心人员协助广播。
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图一、事发实验室发生意外灾害,同学进行初步灭火 |
图二、所办人员接获实验室通报,即刻通知电机系系办人员及相关人员协助 |
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图三、事发实验室同学进行馆舍全馆广播 |
图四、事发实验室同学敲门告知附近实验室人员 |
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图五、引导人员疏散 |
图六、引导人员疏散至一楼出口广场 |
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图七、 设置人员禁止进入标示 |
图八、设置救护站,协助同学救护 |
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图九、人员疏散至户外集合区,并确核清点 |
图十、学生向环安卫教师报告疏散状况 |
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图十一、实验室负责教师、所长及本所环安卫委员教师前往电机一馆出口广场前集合 |
图十二、所长向学生进行通报事项倡导 |
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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:光电所硕士班学生杨子德
留学的过程其实是挺孤独的,我想每个留学生应该都经历过需要很努力从舒适圈跨出脚步的时刻,而这也是这一年中很重要的体会。很多晚上其实躺在床上看看影片、听听音乐就非常惬意,却又会因为没有把握每个体验生活的机会而有些许罪恶感。当我回想起这一年,最令人难忘的那些日子,其实是鼓起勇气,又或者该说是鞭策着自己踏出家门的那些时候:是那个半夜在古城中奔跑向放烟火的广场的夜晚、是那个提着自己简单做出来的料理走向聚会场地的时候,又或是那个乱入初次见面朋友的生日派对的那天。欧洲的每个城市其实都挺美的,而让回忆难以忘怀的,是那些不早也不晚,在人生旅途中相遇的面孔。
在根特大学求学的日子里,其实遇到的同学、朋友、师长都相当友善。可能是因为比利时被大国环绕,比利时人必须要敞开心胸与各国和睦相处,因此对国际学生而言能够很自在地生活着。班上的同学是扩展人际关系的重要机会,在根特的光电所的同学,有同样来自EMSP计划从各国来的朋友,也有许多当地的根特人。EMSP计划的同学,其实相当容易就能聊上几句,同样对根特不熟悉、同样需要认识可以一起行动的同伴,可以比较快找到共同的话题。记得透过班上同学的邀请,参加了几次聚会,一起到当地湖畔公园游泳、运动,集资一起在学校的草地上烤肉、还有一起在根特酒吧玩大风吹的游戏。
在班上和我最好的朋友叫做Brecht,我们刚好是在同一位教授Jeroen Missine的指导下一起做实验,许多时候都是共同进退。由于我们的实验需要对制作好的组件进行光学量测,因此我们有四个月左右的时间,一起在无尘室进行训练、一起在地下室的光学实验室进行量测。第一次一起进行光学量测的时候,Brecht就跑过来问我介不介意放点音乐,也就开启了我们在实验室的音乐交流。一边架设精密的光学平移台进行波导的耦光,那一头放着意大利文的Alvaro Soler的Sofia,现在听到这首歌还是会让我想起那个摇头晃脑的时光。
我的指导教授Jeroen对我相当照顾,在11月多便积极地找我讨论接下来一年的论文目标。而举凡仿真程序的问题、无尘室训练的联系、到英文论文的内容讨论,都是亲切而且百分之百地帮忙。在根特做研究的日子,Jeroen其实没有给我固定的Meeting时刻表又或者是订好的时程进度,而是我在过程中遇到了什么困难时,便主动向教授寻求协助,由他去联系需要的训练或者是采买组件。我想这让我更加练习了自主安排研究的能力。能在短短一年的时间顺利完成论文,实在是非常感谢Jeroen以及Marie-Aline(我的advisor)的帮忙。【精彩内容,下期待续~】
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左图:与Brecht(左)的合照;右图:与Jeroen(右)的合照 |
撰文:光电所硕士班学生林暐杰
在课堂上和老师的相处都很轻松愉快,因为是小班制的教学,老师都能很清楚认得每一个学生,虽然上课的堂数并不多,但老师总是能很从容地把进度教完,并不时停下教学,询问同学是否有问题。课后像是我很有兴趣的显示光学,我也都会跑去和老师讨论,在这边修课时发现,虽然是相似的课程,但是会以不同的角度切入,因此上课和课后讨论格外有趣。除了课堂上的老师外,研究上每周我也会和带我的coach讨论,因为是模拟实验所以每周见面两次并汇报进度和讨论,coach也都十分有耐心,每次讨论都超过两个小时以上。整体而言在课堂或是实验室和老师的相处都让我感到非常友善不会有压力。
光电所的同学其实人数很少,一届大约十几位,再加上每学期大家会到不同伙伴学校修业,因此实际会在学校遇到的同学并不多。欧洲同学十分友善,因为我们是直接进入第二年的课程,有点像是转学生进入到新班级,其它同学彼此已经很熟悉,但是一开始上课同学都会很友善地过来搭讪聊天,也会和我们分享如何选择研究主题和推荐教授。光电所的学生有一个属于自己的社交空间,平常大家课余都会在这边读书,因为课堂的作业很多,每次写作业遇到不明白的部分都会很热心地一起讨论。此外光电所有个类似所学会的组织,会举办不同活动一起同乐,考试后我们常常在科技园的草地上一起烤肉、玩北欧的草地游戏,是很特别有趣的体验。
比利时人其实一下班或是放学后都会马上回家和家人共进晚餐,所以更多时候一起相处的是光电所班级以外的朋友。我们运气很好在一开始的迎新活动就认识不少好朋友,也放开心胸去搭讪并邀约朋友一起出游野餐,而由每一次的聚会认识到更多来自不同地方的朋友。大家课业都很重,因此有闲暇的时光都会很有默契地相约聚餐聊天,一人一道菜的potluck除了展现厨艺,更是认识不同地方特色菜、特色文化的好机会。除了聚餐,当地还有ESN学生组织,让外地来的朋友互相认识,每周也都有很精彩的活动,可以和朋友一起打球、一起划船,或是一起劲歌热舞。在来之前会有些担心欧洲的种族歧视,来了之后发现完全没有遇到这方面的问题,身边的人都很热情且友善,因此放开自己的心胸将会是能结交到许多好朋友的一年。【精彩内容,下期待续~】
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Parameters Design and Viewing Zone Analysis of 360-degree Cylindrical Autostereoscopic 3D Display with Novel View-pixels Arrangement
Professor Hoang-Yan Lin
Graduate Institute of Photonics and
Optoelectronics, National Taiwan University
台湾大学光电所 林晃岩教授
An autostereoscopic 3D (AS3D) display allows users to perceive 3D image without wearing the special glasses. The parallax barrier is one of the several techniques to achieve AS3D display which uses a mask with periodic slits to lead the light from different pixels on the screen to different directions, forming a row of viewing zones (VZs) in the horizontal direction. When viewers’ left eyes and right eyes locate in different VZs separately, they can obtain the depth cue of binocular disparity and perceive the 3D image. Since this technique only adds a layer of periodic slits, it possesses the advantages of low weight, low cost and easy fabrication.
The parallax barrier AS3D display with flat screen can be considered as a window to observe the 3D image. The observe direction is limited by the boundary of screen, e.g. viewers can not see the back of the 3D image. To create a more realistic 3D image, we can use the cylindrical display which allows viewers to see the image in 360 degrees.
In this research, we apply the parallax barrier technique on the static cylindrical display to achieve the 360-degree AS3D display. This idea becomes more practical due to the fact that recently flexible displays and displays with extremely fine pixels can be fabricated. The parameters design rules for cylindrical AS3D display is discussed in detail. In addition, we propose a novel pixel arrangement which provides VZs surrounding the display symmetrically with equal distances and areas. In this case, the field of view (FOV) on each design-eye-point (DEP) in different direction remains the same (Fig. 1). To verify the new pixel arrangement indeed produces such VZs, we used ray-tracing method to simulate the luminance distribution and examine the quality factors, the uniformity of luminance and the crosstalk.
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(a) |
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(b)
(c) |
Fig. 1. (a) Schematic diagram of the cylindrical AS3D display which is built by connecting several convex displays. While each color represents a specific view, the occupied-range (a arc on display) of view-pixels and the VZ are drawn. (b) A novel pixel arrangement for cylindrical AS3D display, and the corresponding well-arranged VZs.
(c) Magnification of the small area around the
point (z =
R,
x = 0) to show that which pixel belongs to which
view and the definitions of parameters. (c) The
small area around the point (z =
R*cos(b),
x =
R*sin(b)). |
Reference :
Jhih-Yong Lai and Hoang Yan Lin, Parameters Design and Viewing Zone Analysis of 360-degree Cylindrical Autostereoscopic 3D Display with Novel View-pixels Arrangement, SID 2017.
Broadband VCSEL for Data Centers and High Speed Violet LD for Light Fidelity
Professor Gong-Ru Lin’s laboratory
Graduate Institute of Photonics and
Optoelectronics, National Taiwan University
台湾大学光电所 林恭如教授
Multi-Mode VCSEL Chip with High-Indium-Density InGaAs/AlGaAs Quantum-Well Pairs for Data Center Network
An 850-nm multi-mode vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) bare chip with high-indium-density InGaAs/AlGaAs quantum-well pairs is demonstrated for directly encoded QAM-OFDM transmission in multi-mode fiber (MMF). By directly encoding the 850-nm VCSEL bare chip with a pre-leveled 14-GHz 16-QAM OFDM data, >50-Gbit/s transmission over 100-m-long OM4 MMF can be realized without using data recovery circuit. Increasing the bias current of the VCSEL beyond 7.5Ith improves the signal-to-noise ratio (SNR) and bit error ratio (BER) of received QAM-OFDM data to 15.5 dB and 2.9´10−3, respectively. The 100-m-long OM4 MMF transmission degrades the SNR with its covered bandwidth reducing to 13 GHz. The OFDM subcarrier pre-leveling technique with a slope of 0.2 dB/GHz ensures the 16-QAM-OFDM data transmission with an error vector magnitude of 17.1% and a BER of 3.4´10−3.
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Fig. 1 (a) The VCSEL bare chip on a commercial probe station; (b) experimental setup of the proposed VCSEL chip based 52-Gbit/s 16-QAM OFDM transmission system over 100-m OM4 MMF. |
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Fig. 2 The basic characteristic of the VCSEL chip including the output power, the compliance voltage and resistance, the optical spectrum, and the modulation throughput. |
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Fig. 3 The transmission performance of VCSEL chip carried 14-GHz 16-QAM OFDM data at 56 Gbit/s. before and after 100-m OM4 MMF transmissions. |
Violet Laser Diode Enables Lighting Communication
Violet laser diode (VLD) based white-light source with high color rendering index (CRI) for lighting communication is implemented by covering with Y3Al5O12:Ce3+ (YAG:Ce) or Lu3Al5O12:Ce3+/ CaAlSiN3:Eu2+ (LuAG:Ce/CASN:Eu) phosphorous diffuser plates. After passing the beam of VLD biased at 70 mA (~2Ith) through the YAG:Ce phosphorous diffuser, a daylight with a correlated color temperature (CCT) of 5068 K and a CRI of 65 is acquired to provide a data rate of 4.4 Gbit/s. By using the VLD biased at 122 mA (~3.5Ith) to excite the LuAG:Ce/CASN:Eu phosphorous diffuser with 0.85-mm thickness, a warm white-light source with a CCT of 2700 K and a CRI of 87.9 is obtained at a cost of decreasing transmission capacity to 2.4 Gbit/s. Thinning the phosphor thickness to 0.75 mm effectively reduces the required bias current by 32 mA to achieve the same CCT for the delivered white light, which offers an enlarged CRI of 89.1 and an increased data rate of 4.4 Gbit/s. Further enlarging the bias current to 105 mA remains the white-light transmission capacity at 4.4 Gbit/s but reveals an increased CCT of 3023 K and an upgraded CRI of 91.5.
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Fig. 4 The white-lighting performances of the VLD illuminating YAG:Ce and LuAG:Ce/CASN:Eu phosphorous diffusers. (a) The images of the white light generated by exciting the YAG:Ce and LuAG:Ce/CASN:Eu fluorescent phosphors with the violet laser beam. (b) The CCTs response and the CRIs performance of the VLD illuminating phosphor doped diffusers at different DC biases. (c) The operation optimization of the phosphorous diffusers divergent VLD. The BERs, constellation plots and subcarrier SNRs of 16-QAM OFDM data carried by the VLD illuminating phosphor doped diffusers at different bias currents. |
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— 资料提供:影像显示科技知识平台 (DTKP, Display Technology
Knowledge Platform) —
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整理:林晃岩教授、孟庆棠 —
应用于全彩影像的消色差超颖透镜
由于超颖透镜仅使用加工的平面结构以控制入射光束的特性,因此它们可用于制作各种平面型光学组件,例如:偏振片和可调式相位调制器。如果不是因为在可见光波段下产生严重色差的限制,它们还可以扩展到其它应用和设备的潜力,例如:全彩影像和显示器。
因此,一个远程目标就是实现消色差的超颖透镜组件,使其在可见光频段操作并具有较宽的频宽和高效率。中央研究院的蔡定平主任、南京大学的祝世宁院士、王振林教授、台湾大学的管杰雄教授与联合大学的苏文生教授及其合作研究团队现在成功地展示了这种组件(Nat.
Nanotech. https://doi.org/10.1038/s41565-017-0052-4; 2018)。
此超颖透镜(如图一)由积体共振单位组件(integrated-resonant unit elements, IRUEs)所组成,其组件由实的(solid)与虚的(inverse)GaN为主的奈米结构所组成(如图二),这些奈米结构以次波长周期性六角形的晶格排列于双面抛光的蓝宝石基板上。以GaN为主的结构晶格常数为120 nm且高度固定于800 nm。消色差超颖透镜的相位表现源自于与设计相关的两个独立因素:其一相位作用因素是无色差的,因此与入射波长无关;另一个与波长相关,可以由IRUEs控制。这个想法是于工作频宽内最大和最小波长之间的相位差可以藉由IRUEs来补偿。因此,团队需仔细地安排并旋转以GaN为主的IRUEs,以精确地提供必要的相位补偿,使组件达成无色差的特性。
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图一、超颖透镜的照片 |
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图二、超颖透镜上表面由(a)实的(solid)与(b)虚的(inverse)GaN为主之积体共振单位组件(IRUEs)所组成 |
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图三、不同NA值的三种消色差超颖透镜之测量所获得的操作效率与入射波长的函数关系。误差区间是四个不同样品之测量效率的标准差 |
实验上,在400-600 nm波长范围内的不同数值孔径下,超颖透镜的焦距维持不变,其显示在530 nm中心操作波长中,于大约49%的频宽处完全消除色差。在0.106的数值孔径下,聚焦圆偏振光束的光功率与具有正反向圆偏振的入射光束的光功率之比值定义为效率,其可高达67%,然而在整个操作频宽中,平均效率约为40%(如图三)。该合作研究团队指出,效率频谱会随操作波长而变化,这可能是由于IRUE的偏振转换效率频谱的变动以及在制造样品中的缺陷。他们进一步使用他们的无色差超颖透镜来进行全彩成像,并将其性能与有色差镜头的性能进行比较,结果消色差透镜获得更清晰彩色影像(见图四)。
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图四、(d)-(f)有色差之彩色影像;(g)-(i)消色差之彩色影像 |
「原则上,这种方法不局限于电磁频谱的波段。此外,因为两相位组件彼此互相独立,所以可以使用这样的设计原理来制造任何消色差的超颖表面装置。例如:为了获得消色差光束偏折,人们可以使用几何相位方法来识别线性相位分布,然后引进积体共振器来补偿在不同入射波长之间的相位色散。」当被问到关于设计的优点时蔡主任回答道。他还补充说,可见光的消色差超颖透镜可用于许多领域,举凡从工业与学术研究,例如:光学微影、光学显微镜和虚拟实境,到日常所使用的产品,例如:智能型手机和照相机。
参考资料: |
[1] Rachel Won, Achromatic metalens for full-colour imaging, Nature Photonics 12, 130, Mar. 2018.
https://www.nature.com/articles/s41566-018-0130-7
DOI: 10.1038/s41566-018-0130-7
[2] Shuming Wang, Pin Chieh Wu, Vin-Cent Su, Yi-Chieh Lai, Mu-Ku Chen, Hsin Yu Kuo, Bo Han Chen, Yu Han Chen, Tzu-Ting Huang, Jung-Hsi Wang, Ray-Ming Lin, Chieh-Hsiung Kuan, Tao Li, Zhenlin Wang, Shining Zhu, and Din Ping Tsai, A broadband achromatic metalens in the visible,
Nat. Nanotech. 13, 227–232, Mar 2018.
https://doi.org/10.1038/s41565-017-0052-4
DOI: 10.1038/s41565-017-0052-4
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