第149期 2019年3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:2019.03.30
 
 

本所蘇國棟教授研究成果「單透鏡仿生複眼光學鏡頭之研製」發表於高影響指數之光學和光電子學領域SCI期刊Optica,特此恭賀!

文章篇名:One-lens camera using a biologically based artificial compound eye with multiple focal lengths

網頁連結:https://www.osapublishing.org/optica/abstract.cfm?uri=optica-6-3-326

本校網頁報導:http://host.cc.ntu.edu.tw/sec/schinfo/epaper/article.asp?num=1387&sn=16898

本所4月份演講公告:

日期

講者簡介 講題 地點 時間

光電所專題演講

 4/12 (Fri)

李夢麟教授
國立清華大學電機工程學系

Development of Large Field of View, High Speed, High SNR, and High Axial Resolution Optical Resolution Photoacoustic Microscopy

電機二館105演講廳

 14:20~16:00

 

 

 

 
 
3月份「光電所專題演講」花絮(花絮整理:姚力琪)
時間: 108年3月8日(星期五)下午2時20分
講者: 孫家偉教授(國立交通大學光電工程學系)
講題: 智慧醫療光電技術
  本所於3月8日(星期五)邀請孫家偉教授於博理館101演講廳發表演說 ,講題為「智慧醫療光電技術」。孫教授為本所畢業校友,畢業後於學界表現傑出。本次演講本所教師及學生皆熱烈參與,演說內容豐富精彩,與現場同學互動佳,師生皆獲益良多。

 

孫家偉教授(右)與本所李翔傑教授(左)合影

 

時間: 108年3月15日(星期五)下午2時20分
講者: Prof. Yoshiaki Yasuno(日本筑波大學 )
講題:

1. Signal and image processing of optical coherence tomography
2. Multi-functional optical coherence tomography imaging of eye

  本所於3月15日(星期五)邀請Prof. Yoshiaki Yasuno於電機二館105演講廳發表演說,講題為「Signal and image processing of optical coherence tomography」及「Multi-functional optical coherence tomography imaging of eye」。本次演講本所教師及學生皆熱烈參與,演說內容豐富精彩,與現場同學互動佳,師生皆獲益良多。

 

 Prof. Yoshiaki Yasuno(左)與本所李翔傑教授(右)合影

 

時間: 108年3月29日(星期五)下午2時20分
講者: 鄭鈺潔教授(國立台北科技大學光電工程系)
講題: Near-field flat focusing mirrors
  本所於3月29日(星期五)邀請鄭鈺潔教授於電機二館105演講廳發表演說,講題為「Near-field flat focusing mirrors」。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。
 

 

鄭鈺潔教授(左)與本所李翔傑教授(右)合影

 

 
 
 
     

~ 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

【之三】

撰文:光電所博士班學生樊俊遠

靜謐的夜晚,忙碌的研究,一如往常的日子,無意間翻著電腦裡資料夾無數的照片,不禁莞爾而笑,與南京大學博士生交流會議離現在不過幾個禮拜的時間,對於我來說,卻像是年深日久的事情了。不過短短的幾天,會議討論以及文化參訪的回憶卻在我生命之中留下了不可抹滅的軌跡。

轟隆轟隆,文化參訪的第一天,從羅東車站往花蓮車站的路上,抬頭仰望著雨點滴落在高速行駛的火車上,內心慢慢地雀躍起來。我一邊盡責地擔任所辦筱文姊派給我的車廂領隊任務,一邊也不忘享受著久違的遠遊。我與周剛同學談論著兩岸文化的差異,從交通到日常生活無所不聊,微信強大的功能整合也讓我嘖嘖稱奇,一路上有些南大同學早已進入夢鄉,這也難怪,會議討論時我們竭盡所能展現出自己的研究成果,並熱切渴望地獲取新知,彼此間知性的碰撞早讓同學們精疲力竭了吧!雖然花蓮同樣位於寶島臺灣,距離臺北不過幾個時辰,但我來訪花蓮的次數卻寥寥無幾,是由於生活過於忙碌,亦或是自己周邊的事物有時更難察覺呢?我不禁陷入短暫的沉思。

位於花蓮的東大門夜市以洄瀾之心為中心點發散出去,是花蓮的一大熱門景點,由於東北季風的影響,雨勢滂沱,雖然身上衣物全數濕透,難免顯得有些狼狽,然而傾盆大雨卻絲毫不減我們的興致,兩兩共撐一把雨傘,漫步在夜市的街道上,嚴苛的天氣讓彼此心與心的距離更加緊密,許多同學開始尋覓先前在網路上鎖定好的目標,賣力叫喊的小販、熱情搭訕的原住民、沉沉入睡的孩童,濃厚醞釀著在地風情,讓我們一行人圍著幾小桌,吃著原始風味的美食聊至深夜。

「那麼一小時後在原地集合。」待導遊語畢,同學們迫不及待地開始探索第二天早晨的參訪地—七星潭以及太平洋公園,在陽光的照耀下,海面上波光粼粼,海浪隨波起伏,拍打著岸邊,綻放出無數紛飛的浪花,據我所知,南大的許多同學平時沒什麼近距離接觸大海的機會,也因為如此,對於南大同學的反應我也格外感興趣,許多同學不斷按下相機的快門,拍出許多精彩的照片,也有一些同學凝視著大海,將眼簾中所呈現的美景深深地刻印在腦中,我與宗印則是在比賽打水漂,經過幾番切磋,我們都漸漸掌握技巧,導遊也傳授我們一些獨門技巧並提到當年往事,此時導遊清澈的瞳孔中,倒映出些許的寂寞,一想到導遊或許曾經有段風風雨雨的故事,我不禁神往。

砂卡礑步道是日治末期所建,主要是為了發展立霧溪的水力發電,我們下午沿著砂卡礑溪而行,探索著景觀生態以及人文之美,砂卡礑溪床上鋪滿大大小小的壘石,與湛藍湍急的溪水合奏出響亮的天籟之音,壯觀的褶皺在兩岸山壁和溪中岩石上形成一幅幅壯麗壁畫,我與愛珍同學一邊輕鬆愉悅地閒聊著,一邊欣賞著大自然的鬼斧神工,藉由彼此的交流,了解臺大與南大相似以及相異之處,在步道中的三間屋,馬告香腸的香味令人垂延三尺,讓許多饕客停下腳步,「馬告」是原住民稱呼山胡椒的方式,以往日常生活中時常耳聞,卻不知其義,我們有說有笑地在這幽靜的小徑度過了難忘的下午,準備告別花蓮回到熟悉的臺北,雖然有些不捨,但我相信同學們都已在自己的生命中寫下了難以忘懷的篇章。

「戴著耳機挺好看的呀!」我請庭皓同學幫我拍完照後立刻跟上故宮導覽員的腳步,最後一天的行程我們在歷史悠久的故宮做個收尾,雖然我個人對於歷史文物並沒有深刻的了解,但從導覽員細心的講解以及同學們認真的神情也讓我感受到這些古物的魅力,「或許我該增加一些研究外的人文素養呢!」我心裡暗自訂下未來的目標。結束整個上午的故宮參訪行程之後,我們接著在原住民餐廳享受著獨特道地的風味餐,中間還發生了小插曲,臺大與南大的成員被邀至前台體驗原住民傳統舞蹈,輕快的音樂以及奔放的民族風情,讓我們都快有點招架不住了呢!相信氣喘吁吁的所長以及院長也都留下了深刻的回憶吧。

與南京大學博士生交流活動讓我成長了許多,藉由觀察、尋覓、體驗,開始慢慢地留意周遭的事物,也認識了與許多形形色色的人們,然而天下沒有不散的宴席,新的相遇中,往往也伴隨著離別,從古至今,這惆悵感大概都是一樣的吧!有緣千里來相會,無緣對面不相逢,南京大學的朋友們,明年兩岸博士生交流,說不定我們會在南京再次相見也說不定喲!

 

 

光電所參與歐盟 European Master of Science in Photonics (EMSP) 碩士雙學位計畫  系列報導 ~

【之二】

撰文:光電所碩士班學生宇德安

在EMSP的課業部分可以說是相當繁重,一年之間必須修完課程學分並完成論文,一般推薦在上學期安排較多的課程,下學期則課程負擔較輕,主要重心放在研究。 在EMSP的計畫中需要修60學分(ECTS),除了碩士論文的30學分(ECTS)外,還需要修30學分(ECTS)的必、選修課程,其中包含一門4ECTS的必修課程、16ECTS的光電所課程、4ECTS的工程學院選修課程和6ECTS 的自由選修課程。在這一年中,我修習了光學領域趨勢、高速光子晶體、折射與繞射光學影像系統、生物光學、光線追蹤(ray-tracing)系統設計、光電產業商業課程等課程。

VUB的EMSP課程安排相當特別,一學期共上課12周,很多課程都是每兩周上一次課,雖然上課時數看起來較少,內容卻是相當紮實,上課進度也很密集,有些課程是每次上課都會指派作業,有些則是安排期末報告,但所有的課程都沒有安排期中考,只有期末考。由於上課都是8至12人的小班教學,老師時常會跟學生互動,也鼓勵學生在課堂上隨時有問題就可以打斷老師發問。EMSP的許多課程是由VUB和根特大學各一位老師合開,因此若是輪到根特大學的老師上課,在VUB的學生不用特地跑到根特大學去上課,可以利用通訊教室進行遠端上課,反之亦然。

令我比較印象深刻的是光學領域趨勢這門課,老師並不是教我們光電領域的趨勢,反而是要求我們每一位學生去找一個光電領域熱門的主題,深入地了解後給一個長達45分鐘的授課,對同班同學介紹自己選定的光電領域主題。在這門課中我不只對自己所研究的主題有更深入的了解,也學習如何組織簡報的架構和做簡報的技巧,讓台下的聽眾能從投影片中更容易地了解我所要傳達的訊息。

在國外的考試制度也十分特別,在台灣考試大多是筆試,然而在VUB,大部分的考試是以一對一口試的方式進行,教授會先給題目讓同學們有時間做準備,做好準備後會到另一個教室和教授口試,對於一些較簡單的問題,教授可能會延伸出其他問題,測試你對於這個題目的了解程度;對於一些較難、答不出來的問題,教授可能會給你一些提示,看看你是不是能在適當的提示中,運用課堂所學來回答。剛開始,我曾擔心自己可能會不適應這樣的考試制度,所幸在VUB有舉辦模擬口試,讓我們這些沒有口試經驗的同學能夠試試水溫,模擬口試雖然自由參加也不算成績,但對我在之後期末考的準備上很有幫助,也減輕我不少壓力,很建議之後如果有學弟妹就讀VUB時,能參加這樣的模擬口試。【精彩內容,下期待續~】

 

撰文:光電所碩士班學生游舜豪

在修課方面,我們在比利時需要修得60學分(ECTS),不過因為碩士論文本身佔30學分,所以原則上我們只要修30學分就可以。而30學分根據修的課程不同會略有差異,但是基本上應該是在8門課左右。我們可以自己選是否要上下學期各4門,或者一口氣在上學期把課程修完,我的選擇是在上學期的時候修7門,下學期只修1門,且利用下學期不上課的時間完成碩士論文。在選擇課程與門數的時候,除了與台灣一樣可以先去試聽幾次再決定要不要選之外,還可以詢問EMSP承辦人Majorie有關於該門課程的評價。在這裡,選課的時候不只能夠選擇這學期的課程,下學期想要上什麼課也可以這個時候選好,所以在選擇下學期的課程時,從Majorie那裡得到的課程評價就非常重要。而在VUB,30學分中有1門必修、7門選修,而7門選修之中又含1門工程選修以及自由選修。有的同學會使用自由選修去學荷語,方便與這邊的人溝通。自由選修的部分可以修非光電的工程選修,比方說去機械系修課或是電機系修課。在選定所有的課程之後就可以把所選的課表給Majorie,她會幫我們計算我們所選的課是否滿足30學分,也會幫我們看我們所選的課是否 在EMSP的選課規範內,有任何的錯誤或問題她都會馬上告訴我們。

與台灣的差異應該是上課的時間,在這裡有許多課程是每兩周上一次,一次上4個小時,所以在選課的時候可以看到兩門課是同一天同一個時段,只是一個是奇數週上課,另一個是偶數週。在上課方式方面,有一些課程是根特與VUB的學生都可以修的,如果在課程表上面沒有特別註明的話,上課的方式就是以視訊同步的方式上課;但如果有特別註明在根特或在VUB開課,就要親自出發搭火車去那邊上課。而考試的時候,會依照考試地點不同,有的課程也是要一早搭火車去別的學校考試才行。

考試的部分有分為一般筆試、口試以及筆試口試混合,筆試的方式與台灣相同,給題目,寫答案,然後交卷。口試的部分是老師會在考試的時候給我們題目,然後讓我們用20分鐘的時間組織要說的內容,再個別進入老師的辦公室與教授一對一說明答案。教授基本上都會先要我們說明一些題目中簡單的概念,再由其概念慢慢延伸進入題目中比較深的部分,有的時候也會問題目以外的概念。如果答得好他會給你稱讚,而答得不好也不用擔心,因為教授會引導我們一步一步思考,所以在考試的過程中教授仍然在教我們。如果透過他們的引導下說出正確答案其實也算答對,但如果沒有答出來,教授也會以你答的內容斟酌給分。我們有修一門課是筆試口試混合,教授在我們寫完考卷後把我們叫到辦公室問我們為什麼答案要這樣寫,如果答案只是死背的話是絕對回答不出來的,他們也是利用這種方式看我們到底會不會。

若不幸考試沒有通過也不用擔心,在這裡並不是考試沒過就會被當掉,在八月底的時候有可以補考的機會,要注意的是若沒有趕上六月的碩士論文口試,則碩論以及補考等等所有事情都會卡在八月底,到時候在準備上就會有點難以招架。【精彩內容,下期待續~】

 

撰文:光電所碩士班學生林音妙

EMSP是由布魯塞爾自由大學(VUB)、根特大學(UGent)兩所核心學校共同合作的計畫,也因此我們能任意選擇兩所學校所開設的課程,共同開設的課程則是依據開課地點可在另一學校以視訊上課。由於在這一年內,包含所上必修選修以及任意選修總共需要修習30學分(ECTS)的課程,另外加上30學分的碩士論文,在學期初與指導教授及帶領我的博士學長姐討論後,就決定在上學期將修課的學分完成,並在課餘閱讀研究相關的文獻,下學期專注做實驗與寫論文。而我在上學期除了所上4學分的必修、16學分的所內選修,還特別選了10學分的外系選修課,每個禮拜的學習是非常緊湊而充實的。

必修課主要是找來近代新穎科技相關技術的講師來演講,常常能聽到業界或是有趣的新科技,講者們也很歡迎大家給予意見、一起討論,比較特別的是期末會讓我們挑選一項近代發展的新技術,參考各文章撰寫文獻回顧並在期末發表,雖然半個學期的時間很深入地了解一項技術有點困難,不過這堂課的文章寫作與發表也算為下學期的論文及口試作了熱身。

剛開始會擔心來這邊修課會因為語言不適應跟不上進度,不過幸好參與這個計畫之前有先在臺灣大學修習相關的基礎課程,而且選修課程都在10個人以下,有任何問題都可以馬上跟老師討論,沒有當初想像中困難。還記得有一堂光學設計課,老師還會要求同學們先預習下次上課內容,查詢資料並先跟大家分享已知的相關知識,再從同學們提到的進行延伸,教學互動非常活潑有趣。

除了以上的必修選修課程,根特大學有開設一堂專門給外國學生的課「Low country study」,剛開始被吸引,是聽朋友提到有親手製作比利時最著名的巧克力課程!不過選了之後才發現除了實作課程,每個禮拜安排的講師、課程的主題都很特別!從比利時如何從Low country(現今的荷蘭+比利時)獨立成為一個國家,到比利時的政治、語言分區、藝術,甚至是同性戀及安樂死的議題都有介紹,而這學期的家政實作是與根特的另一所技職學校合作做鬆餅,也舉辦了戶外教學到比利時與荷蘭邊界的港口、小鎮,老師在巴士上就像導遊一樣介紹,例如昔日是海的地區如今都被填土變成農田村落、這裡的人的職業又是如何隨著人造地變遷…等,並且安排到根特博物館參觀導覽。如果想更了解比利時的文化,很推薦這門有趣又很有意義的課程!

 根特博物館

 Low country study戶外教學

我所修的課程考試幾乎都採口試,剛開始聽到口試會很擔心自己無法把所想要表達的細節傳達清楚,不過後來發現教授們都會慢慢引導學生,根據說出來的答案導向不清楚的部分,讓你在口試時很清楚地了解教授想要傳達的完整觀念。將所學在口試中一一整理講解給教授聽,再讓教授給予回饋,考完總會有種神清氣爽的舒暢。

上學期的修課量很大,而因為評分標準都在最後一次的期末考,若是要提前為聖誕節溫書假好好放鬆逛逛聖誕市集做準備,平時就要做好預習及複習、分配好時間,在美麗如畫的根特漫步、參加慶典狂歡的同時也能兼顧好學業,是我覺得對自己負責也很有成就感的收穫!【精彩內容,下期待續~】

 

撰文:光電所碩士班學生黃郁庭

由於我是以訪問學生的身分在根特大學註冊,所以選課還是由VUB的教授幫我們安排,但這邊的選課是在第一學年學期初就要選好整年的課了,所以要花時間研究一下好好慎選。我們的學程是規定30學分(ECTS)的修課和30學分的論文分數,所以大概要修7至8堂左右,而這邊的課都是非常偏光學類的,不像臺大還會有半導體製程之類的選項,所以對我而言有點陌生,不過如果EMSP指定課程都有修到的話,會比較沒有壓力。

這邊的課程非常彈性,像是有視訊課,可能上課教室在VUB,然後我們可以坐在根特的教室同步連線,時間的安排也非常彈性,通常會在學期剛開始就告訴你第幾周需要上課,所以不是每個禮拜固定時段,有些課則是固定兩個禮拜上一次,全看教授自己的安排。此外,他們的修課時段是不會擋修的!我聽到比利時朋友分享才知道,選同時段的課程是可以的,只要你確保教授接受,而且自己也有能力不去上課並通過考試的話,不像臺大系統會直接擋修,這點讓我感到最不可思議。

至於課程的難度,主要可以分成語言或學術兩方面來看,如果你的英文聽力極強那可能語言就不是什麼問題,像以前在台灣上課一樣,但若有些口音極重的老師授課,可能連母語是英文的人也不能完全理解。對我而言視訊課的品質就非常不好,透過麥克風遠端連線傳出的音質讓我很難適應,所以如果想修視訊課的人可能要考慮一下這個缺點。至於學術方面,其實深度不會太難,有認真上課應該都能應付,所以不用太擔心,如果有考古題的話就更不用擔心了。

考試方面則和台灣很不一樣,幾乎每堂課都是先筆試,等你回答完問題後再走進小教室跟教授一對一口試,教授會讀你的答案並且提問,確保你真的理解想表達的內容,如果回答得不是很理想,教授也會循循善誘、引導你的思維。我覺得這種形式的測驗可以確保學生不是死背答案,而且也能學到東西,讓我覺得很值得台灣學習。

至於補考方面,由於我上學期不是很認真所以要補考兩門,他們的補考制度我認為相當不人性化,無論是哪學期需要補考,都統一在暑假舉辦,所以表示當你在準備論文水深火熱之際,還要準備期末考,並且準備半年前修課早已遺忘內容的補考。因此建議學弟妹一定要認真,不要走上補考之路。

至於班上的氣氛其實蠻安靜的,由於我們系所的人不多,有時候可能某堂課只有兩三個學生而已,但通常外國學生下課後是不會待在教室裡面的,大多都是去走廊散步或和同學聊天,相對低頭滑手機或做自己事情的台灣人,算是蠻不一樣的氛圍 。【精彩內容,下期待續~】

 

 

 
     
 
 

Efficiency enhancement of light color conversion through surface plasmon coupling

Professor C. C. Yang’s Lab.

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 楊志忠教授

The efficiency enhancement of light color conversion from blue quantum well (QW) emission into red quantum dot (QD) emission through surface plasmon (SP) coupling by coating CdSe/ZnS QDs on the top of an InGaN/GaN QW light-emitting diode (LED) is demonstrated. Ag nanoparticles (NPs) are fabricated within a transparent conductive Ga-doped ZnO interlayer to induce localized surface plasmon (LSP) resonance for simultaneously coupling with the QWs and QDs. Such a coupling process generates three enhancement effects, including QW emission, QD absorption at the QW emission wavelength, and QD emission, leading to an overall enhancement effect of QD emission intensity. An Ag NP geometry for inducing an LSP resonance peak around the middle between the QW and QD emission wavelengths results in the optimized condition for maximizing QD emission enhancement. Internal quantum efficiency and photoluminescence (PL) decay time measurements are performed to show consistent results with LED performance characterizations even though the QD absorption of PL excitation laser may mix with the SP-induced QD absorption enhancement effect in PL measurement. Figure 1 schematically shows the SP coupling mechanism. Figures 2(a)-2(c) show the SEM images of Ag NPs in samples D/E-500, -540, and -580, respectively. Figure 3 shows the transmission spectra of the three Ag NP samples. The transmission depressions correspond to their LSP resonances. A deeper depression at a wavelength indicates stronger LSP resonance. Figure 4 shows the normalized emission intensities as functions of QW injection current in various samples. Among them, the color conversion efficiency of sample D-540 is the highest through LSP coupling.

 Fig.1 SP coupling mechanism

Fig. 2 (a)-(c): SEM images of Ag NPs in samples D/E-500, -540, and - 580, respectively.

 

Fig. 3 Transmission spectra showing LSP resonances.

Fig. 4 Emission intensities of QDs in different samples.

 

     
 
 
論文題目:曲面型微透鏡陣列、環境友善頭燈及利用流體成型製造透鏡之光學研究

姓名:梁瑋倫   指導教授:蘇國棟教授

 

摘要

本論文以光學系統設計為主題。首先探討如何將相機成像結構結合曲面型微透鏡陣列以及毫米(mm)尺寸之單透鏡,其成像系統乃基於人眼以及由生物啟發之多焦距人工複眼的原理。微透鏡陣列中的每個子透鏡皆為單一通道,並各自獨立進行成像(見圖一)。利用此多通道成像原理,進而引發出火車頭燈研究主題,即設置於燈殼中之各個 LED 芯片所發出之光線,可視為各自獨立之照明光斑(見圖二),此模式如同前項主題當中,光線於多通道行進的過程,並用以探討頭燈照明。本研究系統性地進行分析設計,以確定反射器中 LED 芯片位置應如何擺設,方可達到最少電力消耗,又同時滿足美國聯邦法規之交通安全規範限制。至於在首項主題所使用毫米尺寸之單透鏡,則早已廣泛應用於光學設計中,並於光學研究中佔有相當大的重要性。由此,引發出另一項主題,探討如何高速自製毫米尺寸透鏡之方式。我們提出了一種利用彈性模具來製造光滑非球面透鏡的方法,該彈性模具是由注入受控氣泡於液體聚二甲基矽氧烷(PDMS)後硬化而成。在製作好彈性體模具後,我們接著將紫外光固化膠填充到模具中,並照射紫外光使其硬化,即可複製出等同於受控氣泡外型之鏡片。

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 —

光噴灑器

儘管使用光學驅動的微型電動機已經實現了高旋轉速率,尤其是在低黏度流體中或者具有小尺寸的轉子使其阻力最小化的情況下,但是與理論最大值相比,實際所展示的轉矩效率通常很低。現在,Silvio Bianchi與其義大利和匈牙利的同事展示了,透過雷射直接寫入製作的3D結構中的光線之精確重新佈線,光學微型渦輪機可以更利於利用光的動量並有效地產生均勻和可控的轉矩(Nat. Commun. 9, 4476, 2018)。

主要通訊作者Roberto Di Leonardo告訴Nature Photonics編輯說,這項工作的動機源於簡單的實現先前的設計,亦即光驅動微轉子的實際可產生每單位光功率的轉矩,而這個遠低於理論最大值。為了實現更高的效率,研究團隊提出了一個複雜的3D微結構,以最大化機械轉矩的方式,將入射光重新指向到多個輸出點。該結構由具有對掌性形狀的SU8光阻製成,看起來像花園噴灑器的類型,由於其中水通過多個旋臂引出以噴射水,而導致結構旋轉。在他們的作品中,水載噴灑器的旋臂由微光纖波導結構替代,該微光纖波導結構被設計成從結構的徑向周邊噴射光(如圖一)。

 

圖一、光噴灑器的結構

雖然大多數光學渦輪機依靠散射,但是本研究是使用波導的方式,使得大部分入射光能夠到達光逃離的期望出口點。這種設計可使實際實現的反作用轉矩最大化,作者說它可以達成與理論最大值具有相同的數量級。

Di Leonardo解釋說,為了製造花園灑水器的幾何形狀,他們使用了基於雙光子聚合的家用雷射直接寫入裝置。雖然3D製作令人印象深刻,但Di Leonardo提到,這項工作中最具挑戰性的方面,實際上是要引導光通過複雜和急劇彎曲的部分(曲率半徑~10μm)。有必要了解彎曲的分支,並對光在複雜光纖網絡內傳播時的損耗進行定量分析。彎曲微纖維的分析導致了結構的特定形狀參數。

為了直接與準確地評估彎曲損耗,我們透過雙光子聚合的雷射直接寫入來製造一組180°的拱形,其具有恆定的曲率半徑R和具有直徑2a =2μm的圓形橫截面。光纖拱形的輸入和輸出面都位於蓋玻片表面平面上,使我們能夠使用相同的物鏡(20×NA = 0.5)來耦合輸入光並收集輸出光。雷射光束(λ= 1064 nm)聚焦在輸入光纖核心的中心,而穿射光則以數位相機來成像(圖二)。

 

圖二、光纖拱形結構的耦光與出光

Di Leonardo說:「光學鑷子通常用於捕捉和操縱簡單的球形物體。我們證明了當使用能夠以受控制且有效的方式引導光的結構時,光驅動可以更有效,使用現代3D微製造技術能夠允許複雜的物體的設計,使光學顯微操作更加高效和多樣化。」

該團隊目前正在研究使用成形的雷射光束來改善與結構的耦合,以及同時藉由控制微流體晶片內的轉子陣列,以控制微流的產生。

 

 

參考資料:

[1] David F. P. Pile “Light sprinkler,” Nature Photonics 12, 723 (2018)

https://www.nature.com/articles/s41566-018-0316-z

DOI: 10.1038/s41566-018-0316-z

[2] Silvio Bianchi, Gaszton Vizsnyiczai, Stefano Ferretti, Claudio Maggi, and Roberto Di Leonardo, “An optical reaction micro-turbine,” Nature Communications 9, Article number: 4476 (2018)

https://www.nature.com/articles/s41467-018-06947-y

DOI: 10.1038/s41467-018-06947-y

 
 
 
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