第147期 2018年12月刊
 
 
 
發行人:林恭如所長  編輯委員:李翔傑教授  主編:林筱文  發行日期:2018.12.30
 
 

本所教授指導碩、博士生榮獲「OPTIC 2018 Student Paper Award」,獲獎資訊如下,特此恭賀!

學生姓名

獎 項 指導教授
巴卡地 OPTIC 2018 Student Paper Award (博士生)

論文名稱:Development of Multiphoton Microscopy System for Sub-Micron Resolution imaging with an ultra-large Field-of-View

孫啟光
黃亭瑜 OPTIC 2018 Student Paper Award (碩士生) 

論文名稱:High Speed 850 nm VCSEL Operating Error-Free NRZ-OOK Modulation up to 50 Gb/s

吳肇欣
 游理聿 OPTIC 2018 Student Paper Award (碩士生) 

論文名稱:Enhancement of Subwavelength Resolution by Depositing Nanoparticles on Microlens

 蘇國棟
 陳勝澤 OPTIC 2018 Student Paper Award (碩士生) 

論文名稱:Treatment Assessment of Solar Lentigines by Using Clinical Harmonic Generation Microscopy

 孫啟光
 丁玟呈 OPTIC 2018 Student Paper Award (碩士生) 

論文名稱:Post treatment of red quantum dot light emitting diode

 李君浩
 劉人熏 OPTIC 2018 Student Paper Award (碩士生) 

論文名稱:Three Dimensional Simulation on the Transport and Quantum Efficiency of UVC-LEDs with Random Alloy Fluctuations

 吳育任
 胡弘毅 OPTIC 2018 Student Paper Award (碩士生)

論文名稱:All-Solution-Processed Perovskite Solar Cells with AgNWs Top Electrodes

 陳奕君
 吳家駿 OPTIC 2018 Student Paper Award (碩士生)

論文名稱:Transparent Flexible a-IGZO Thin-Film Transistors

 陳奕君

本所碩士生黃丞顗同學榮獲「107年度臺大科林論文獎—碩士論文頭等獎」(林恭如教授指導),特此恭賀!

 

 

 

 
 
12月份「光電所專題演講」花絮(花絮整理:姚力琪)
時間: 107年12月21日(星期五)下午3時30分
講者: Prof. Ray Chen (The University of Texas, Austin)
講題: Silicon Photonics for 2020 and beyond
  本所於12月21日(星期五)邀請Prof. Ray Chen於電機二館105演講廳發表演說,講題為「Silicon Photonics for 2020 and beyond」。本所教師及學生皆熱烈參與演講活動,演說內容豐富精彩,與現場同學互動佳,師生皆獲益良多。

 

Prof. Ray Chen(右)與本所蘇國棟教授(左)合影

 

 

 ~ 光電所所屬實驗場所小型緊急應變演練 ~

 (時間:107年11月26日,上午11:00~11:10)

 撰文:陳姿妤

       演練地點:電機二館425室

       演練內容:

       本次演練主要目的為使人員在實驗室意外災害事故發生時各司其責,採取正確而有效方式控制災害,並落實實驗室人員具備緊急逃生之觀念與方式,以提高緊急狀況時的應變能力。

       上午11時於電機二館425實驗室,假設學生進行實驗時,發生電線走火火災意外,學生緊急通報所辦公室人員。本所人員接獲通報後,即刻聯繫館舍電機系辦人員協助廣播疏散全館;並緊急分組編派人員:於出口引導疏散人員儘速遠離館舍、協助火勢控制、進行滅火、設置人員禁止進入標示、設置救護站協助受傷同學、於集合區清點確認疏散人員名單。所辦人員同時持續緊急聯繫425實驗室負責教師(曾雪峰教授)、所長(林恭如教授)、副所長(黃建璋教授)及本所環安衛委員(蔡睿哲教授)前往電機二館南側出口廣場前集合;由所長、環安衛委員掌握現場狀況並進行指揮調度,確核實驗室全部人員疏散完畢,順利完成此次疏散演練。

       此次疏散演練加強了大家在意外發生時,能即時進行緊急通報及疏散的觀念。感謝教師、同仁及同學們的全力配合。

圖一、電機二館425實驗室發生火災,進行初步滅火

圖二、電機二館425實驗室通報所辦人員

圖三、所辦人員接獲通報,即刻通知電機系系辦人員及相關人員

圖四、系辦人員進行館舍廣播

圖五、事發實驗室敲門告知附近實驗室人員疏散

圖六、實驗室人員立即進行疏散

圖七、引導人員疏散

圖八、設置人員禁止進入標示

圖九、設置救護站,協助擦傷同學救護

圖十、人員疏散至南側門集合區,並進行人數清點

圖十一、學生報告實驗室處理狀況

圖十二、教師們進行環安衛事項宣導

 

 
 
 
     

~ 與南京大學(Nanjing University)博士生交流活動 2018  系列報導 ~

【2018 第十一屆兩岸光電科技博士生論壇】

(The 11th Cross-Strait Ph.D. Student Forum on Photonic Science and Technology, 2018)

(時間:107年11月7日至11月11日;地點:臺灣大學

【之一】

撰文:光電所博士班學生林岱頡

 兩岸光電科技博士生論壇是臺大光電所一年一度重要的學術交流活動,自2008年迄今,已經邁入第十一個年頭,能有這樣的成果,靠的是臺灣大學光電所與南京大學物理學院間的長期友好、共同努力,誠如楊志忠教授及祝世寧院士致詞所說,希望這個別具意義的論壇可以延續到第二十屆、第三十屆。兩岸光電科技博士生論壇為兩校輪流主辦的交流活動,雖然兩校的研究課題不盡相同,但透過研究討論、文化參訪,進而刺激更多的研究靈感與合作契機。本次會議中,南京大學推派15位物理學院的優秀學生,再加上今年所上的10位與會博士班學生,共計25位兩岸學生參與此次交流活動。

臺灣大學楊志忠教授致詞

南京大學祝世寧院士致詞

在林恭如所長與黃建璋副所長的全力支持下,交流活動全權交給博士班10位同學規劃並完成,也多虧光電所所辦的林筱文小姐提供過往的籌辦經驗並協助我們,使得籌備更有方向且更有效率。會前總共開了四次籌備會議,從一開始的分組、工作分配,進而到文化參訪的行程及住宿,每次的會議都把每個細節討論得更詳細,就是為了讓整個活動更臻完美。

交流論壇時程為兩個整天,會議議程非常緊湊且內容豐富,包含兩校師長兩場的invited talk及25位學生的研究成果報告,不亞於其他國際型會議。有別於一般會議的沈悶,在論壇中我們加入了一些小巧思,將25位同學分為5組進行競賽,爭奪最後的團體精神獎,透過這個方式增加問答的踴躍程度,進而活絡組上每位成員的交流氣氛。

田曉慧同學提問 各組評分時間

學生報告由每位學生於15分鐘內發表研究成果及提問,常常因為發問太踴躍導致超時,也是我們在籌備會議提出這想法時意想不到的結果。除了學生發問外,雙方的老師包含林恭如所長、黃建璋副所長也相繼提問,而南京大學的吳興龍副院長與王振林副校長也針對報告內容提出一些建議;透過同學們研究成果的報告,除了接觸不同領域的研究主題,在相近的領域也可以激發不同的靈感。交流期間雙方同學的報告給聽眾非常不一樣的感覺,南大學生在15分鐘內提供非常大量的訊息,想要把他們幾年的成果都告訴聽眾,雖然報告的速度上稍快,但表現出來卻非常有自信;而臺大學生的報告速度適中,不時會把眼光投射到聽眾上並與聽眾互動。

令人印象深刻的是,除了兩校老師對各自研究題目的演講外,第二天的午餐時間也請到林恭如所長做另類的演講,主題是台灣小吃的起源與介紹,大家目不轉睛地盯著在台上的所長,聽得甚是入迷,差點連餐盤上的午餐都忘了吃呢。在會議的尾聲,雙方隊長代表每位參與的同學互贈禮品,並票選兩岸學生論文獎、人緣獎及團體精神獎,最後在歡笑聲中以青蛙撞奶及紅豆餅等台灣小點為兩天的議程劃下句點。

南大學生論文獎得主田曉慧同學與林恭如所長合影 臺大學生論文獎得主莊智皓同學與祝世寧院士合影

雙方隊長周昂昇同學與景灝同學代表交換禮物 臺大、南大雙方與會同學合影

 

 
 

High Speed 850-nm Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (VCSELs)

Professor Chao-Hsin Wu

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 吳肇欣教授

850 nm vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) have been extensively applied on high-speed short reach optical network systems due to their characteristics like low divergence angle, cost-effective fabrication, small footprint, low power consumption and high modulation speed at low currents, which can be applied on high-speed datacenter and giga bit Ethernet.

We accomplished a 50 Gb/s operation of an 850 nm oxide-confined VCSEL with a 3.3 μm aperture diameter. The light- current- voltage curve of 850nm VCSEL with a 0.8 mA threshold current (Ith) and the 0.6 W/A slope efficiency, and the high differential resistance of 135 Ω due to the small aperture, which is shown in Fig.1. Fig.2 shows the optical response of the VCSEL with injected current of 4, 6, and 8mA, respectively, and the modulation bandwidth increases from 22.7 to 25 GHz. Fig.3(a) shows 50 Gb/s BER measurement at I/Ith of 13. The error-free data transmission (BER < 10-12) is achieved with received optical power of 1.7 mW and the corresponding eye diagram is shown in Fig. 3(b). The VCSEL shows an open eye at 50 Gb/s data rate without overshoot which means it can provide higher signal integrity without using pre-emphasis, equalization, and forward error correction. The energy/data efficiency is 748 fJ/bit at 50 Gb/s at room temperature.

Fig. 1. The light-current-voltage (L-I-V) characteristics of 850 nm VCSEL.

 

 

 

Fig. 2. Optical modulation of the VCSEL at various bias current. A 25 GHz bandwidth is obtained at I = 8 mA.

 

Fig. 3. (a) The 50 Gb/s bit-error-rate-test (BERT) results of the 850 nm VCSEL biased at 11 mA (I/Ith~ 13) with PRBS7 bit sequence and Vpp = 1252 mV. (b) is the corresponding eye diagram.

 

Three Dimensional Corrugated Electrode Structure for Low-voltage High-transmittance Blue-Phase Liquid Crystal Displays

Professor Wing-Kit Choi

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 蔡永傑教授

We have recently proposed new electrode designs for corrugated Polymer-Stabilized Blue-Phase Liquid Crystal Display (PSBP-LCD). These new designs are based on the concept of three dimensional (3D) electrode structure which can help create extra electric field in the transverse direction (y-axis). These new designs can help enhance the potential transmission by reducing the dead zones that exist along the turning edges of these devices. By using suitable device parameters, it is possible to obtain high transmission T of > 90% at low operation voltage of ~10V. PSBP-LCD has many attractive features such as sub-millisecond fast response time, no need of alignment layer, wide-viewing angle etc., and has been actively researched as a potential technology for next-generation displays in recent years. Results of this research have recently been published in Liquid Crystals [1].

[1] Bing-Han Chan & Wing-Kit Choi (2018): Three-dimensional corrugated electrode structure for low-voltage high-transmittance blue-phase liquid crystal displays, Liquid Crystals, DOI: 10.1080/02678292.2018.1530385

 

 

 

 
 
論文題目:發展有限元素特徵模態分析方法以研究存在於介電質與金屬介電質多層結構之表面電磁波

姓名:石璧魁   指導教授:張宏鈞教授

 

摘要

本篇論文旨在發展一個全向量式有限元素法來分析在複雜介面上傳播的損耗表面波。對於在一維周期變化的平面上任意傳播的損耗表面波,我們發展出的方法可以正確計算出的它的複數傳播常數。這方法是建立在三維全向量式有限元素法,我們同時透過分塊循環矩陣的計算方式大幅減輕電腦的計算時間和記憶體需求。

 在介電質與金屬介電質多層結構的介面上(如圖一小圖),我們將這方法應用在類Dyakonov表面波的探討。首先我們考慮金屬介電質多層結構可以近似為橢圓色散的單軸各項異性材料的情形下,我們第一次提出了存在的類Dyakonov表面波有不同於傳統Dyakonov表面波的表現。圖一為類Dyakonov表面波的磁場強度分布圖,在紅框處可以看出此表面波在金屬介電質多層結構這側有洩漏波的現象,這是因為金屬介電質多層結構中存在一個高階的雙曲樣模態。雖然因為金屬損耗的關係,這洩漏的部分並不會遠離傳播表面,但仍會導致額外的傳播損耗。圖二比較了不同方法計算出的損耗,其中等效模型的結果為單純由金屬吸收造成的損耗。我們可看出此洩漏成分造成的損耗甚至會大於由金屬吸收造成的損耗。同時也發現金屬介電質多層結構的週期對這洩漏成分的特性影響很大。藉由縮小金屬介電質多層結構的週期,我們可以將這額外的損耗減少。

圖一

圖二

 
 
 

— 資料提供:影像顯示科技知識平台 (DTKP, Display Technology Knowledge Platform) —

— 整理:林晃巖教授、盧奕 —

紡織物狀光電子

透過光進行通訊的服裝之想法可能聽起來像是在幻想,但這正是美國和瑞士科學家們現在所取得的成就。Michael Rein及其同事在“Nature”雜誌上寫到,他們如何成功地找到了將基於半導體p-n二極體的發光二極體(LED)、光電檢測器及其金屬線連接等,集成到光纖中,然後織成紡織品的方法(Nature 560, 214–218; 2018)。發射藍光、綠光和紅光的InGaN和AlGaAsP LED以及GaAs p-i-n光電檢測器被集成於光纖陣列都可展示如圖一所示,為支持可見光光纖通信和感測的紡織技術打開了大門。

圖一、含有InGaN藍色LED之發光光纖的照片。這些元件每隔370±110毫米出現一次,且光纖被平攤在桌子上。

該方法首先透過夾層的聚碳酸酯層板以製造功能性光纖的預製棒。外層板具有沿其整個長度延伸的銑槽,以容納與光纖中的元件接口的銅線或鎢線。在內板中,鑽出許多大約100μm的儲藏空間以容納如p-i-n二極體的半導體微型元件之線性陣列,金屬線透過預製棒的凹槽提供。然後透過將預製棒放入三區加熱爐中,以加熱拉伸工藝法來製造光纖,其中頂部,中部和底部區域分別被加熱到150°C、270°C與110°C。

 所形成的光纖其橫截面形狀大致為四邊形(350μm×350μm)。藉由在光纖的一端剝離聚碳酸酯包層來實現與光纖內裝置的電連接。原則上,該製造方法能夠讓單個預製棒中拉出數千米的功能性光纖,其中在整個光纖中並聯了一百多個分立元件。

 將這些功能性光纖結合到織物中為應用帶來了許多機會。例如,美國和瑞士科學家們展示了一種基於紡織品的光電容積脈搏波描記系統用於心臟脈搏的量測。

 

圖二、具有發光和光電檢測功能的紡織物之應用。(a)雙向通信系統概念之插圖。服裝由包含發光(淺藍色虛線和紅色圓圈)和光電檢測(淺藍色虛線和黑色方塊)功能光纖之紡織物組成。發光光纖經過調制並傳輸信息送由另一個在衣服中的光電檢測光纖來記錄,兩者放置在彼此相距1米的距離處。(b)由結合到織物中的光電檢測光纖所記錄的電流之實驗結果。光從嵌入在距離光檢測紡織物1米的另一種發光紡織物中的LED光纖發出。發光光纖連接到函數產生器,提供頻率為20 kHz的方波信號。並且透過光電檢測光纖來記錄信號的傳輸。(c)光電容積脈搏波脈衝測量裝置的示意圖,其使用發光(帶有綠光的虛線)和光電檢測(帶有黑色方形的虛線)光纖,彼此相距5毫米。將手指放在兩根纖維上可以記錄反射光,這對靠近皮膚的血管中的血液循環很敏感。(d)由光電檢測光纖測量的電流(黑色曲線)與商用脈衝感應器(紅色曲線)的輸出相比的實驗結果。記錄強度的週期性變化對應於脈衝的頻率。

首先,我們展示了一種紡織物到紡織物的通信方案,用於在空間中間隔1米的兩個紡織物,如圖二(a)、(b)所示。圖二(b)顯示了當LED光纖以20 kHz的頻率驅動時,光電檢測光纖記錄的信號,接近可聽頻率範圍的最大值,證明了通過光纖傳輸音頻信號的能力。此功能可用於許多其他應用,從支持結構的光保真技術到結構加密的當地信息傳輸和室內定位平台。

 其次,我們在生理測量的背景下證明了這些纖維的能力。將綠色LED光纖嵌入與GaAs光電檢測光纖相鄰的棉織襪中,如圖二(c)所示。藉由在兩根光纖上放置食指來實施脈衝測量。光電檢測光纖所記錄的光強度的變化是由於皮膚上的光反射率變化,此現象被清楚地觀察到,如圖二(d)所示。

 測量的信號與小血管中的體積變化直接相關,並隨著每次的心跳擴張和收縮。功能性光纖承受了紡織品製造技術的壓力和應力,甚至機器洗滌。這些結果證明了將生理感應器完全整合到光纖和紡織品中的潛力,而不是作為紡織物的附加物。Rein說:「我們預想這項技術將在紡織和服裝領域以及電信和生物與醫學科學領域實現新的技術展望」。

 
 

 

 
 

 

參考資料:

[1] Noriaki Horiuchi, “Fabric optoelectronics,” Nature Photonics 12, 573 (2018)

https://www.nature.com/articles/s41566-018-0268-3

DOI: 10.1038/s41566-018-0268-3

[2] CMichael Rein1,2,3, Valentine Dominique Favrod1,4, Chong Hou2,3, Tural Khudiyev2,3, Alexander Stolyarov5, Jason Cox6, Chia-Chun Chung6, Chhea Chhav6, Marty Ellis7 , John Joannopoulos2,3,8 & Yoel Fink1,2,3,6*, “Diode fibres for fabric-based optical communications,” Nature volume 560, pages 214–218 (2018)

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0390-x

DOI: 10.1038/s41586-018-0390-x

   
 
 
 
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