第154期 2019年8月刊
 
 
 
发行人:黄建璋所长  编辑委员:曾雪峰教授  主编:林筱文  发行日期:2019.08.30
 
 
     

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 ~

【之七】

撰文:光电所硕士班 宇德安

在比利时生活的一年,体验到欧洲人悠闲生活的步调。与步调快速的台北不同,在比利时的当地人更能掌握工作与生活之间的平衡,不只是公家机关,许多店铺都是在下午五点就关门,当我与当地的学生交流台湾和比利时的工作环境差异,他们都非常讶异在台湾的工程师常常需要加班,他们常问到「这样你们要怎么享受生活?」

在国外,有些超商在礼拜天会休息,让我们养成了礼拜五就要先进行采买,预先规划要煮些什么菜、准备好需要食材的习惯。此外,令我讶异的是,比利时的公共运输比起台湾很常罢工,平均两个月就有一次,但在罢工之前都预先通知民众,当地的学生和教职员对于罢工的情况也相当熟悉。

在比利时的这一年中,我们也趁着一些假期出国。在欧洲,国与国的界限较为模糊,出国不一定要搭飞机,搭火车甚至搭巴士就可以出国了,出国需要的交通费也相对便宜,若提早规划甚至可以买到很便宜的票价,我们曾经在规划巴塞隆纳的行程时,买到比利时往巴塞隆纳只要9欧的机票,有时廉价航空的机票还比在比利时吃一餐来得便宜。搭火车和巴士出国也十分方便,巴士当中较为便宜的是flixbus,另外还可以到ESN学生会的摊位领取flixbus的折价券,相当划算。

2016年,在比利时火车站发生恐怖攻击,至今在比利时市中心的街上或中央火车站常常会看到持枪荷弹的警察,一开始前往布鲁塞尔时,常常担心布鲁塞尔会不会治安很不好,但其实住了一年比利时,并不觉得布鲁塞尔的治安不好。但是不论如何还是要留意自己的贵重物品,在这一年中,我有过一次被小偷偷背包的经验,是在治安较差的北站,约早上五、六点搭火车时,有一个小偷看准火车要关门的瞬间,把我放在隔壁座位上的背包抢走,当时我的所有贵重物品、笔电、护照都在背包里,所幸最后背包有抢回来,如今回想起来仍是余悸犹存,但也从中学到十分宝贵的一课,不论治安好或治安差的国家都有小偷,一定要随时留意自己的物品,不需要过度紧张,但也绝不能过度放松警戒。

在国外游历了一些国家,其中最令我印象深刻的是瑞士,在山丘间罗列着一个个别致的木屋,彷佛童话故事的场景,下雪后的街景更是别具特色,我们造访了瑞士南部的策马特,当地的马特洪峰可称做瑞士的一座圣山,十分宏伟。在住宿的地方我们遇到许多同住的外国人,一边吃着瑞士有名的起司锅,一边聊天分享彼此不同的文化,是旅行中的一大乐事。在旅行中总是能品尝到不同的料理和感受不同的文化,虽然时间不多,在每个国家的体验都十分珍贵,也使这一年在国外的生活增色不少。【全文完】

 

 

撰文:光电所硕士班 游舜豪

在欧洲的一年,可以看到许多与台湾完全不一样的事物,尤其是关于人的方面。比方说,在欧洲搭乘大众运输工具,可以看到几乎所有国家的火车站都没有票口闸门,目前我看到在进入月台前有闸门的只有荷兰而已。一般都是拿着票在车上给验票员检查,不然就是自己在上月台前利用打票机打票。不过也因为没有闸门的关系,在月台上的人可能就不一定都是要搭火车的人,有些坏人会因为这样的便利性在月台抢劫,这也是在欧洲需要注意的地方。另外,他们政府对于劳工的尊重,跟台湾比实在是差太多了。其中一个例子是听实验室的研究员说的,听说工作一年就可以拥有28天的特休,如果不休息的话还会被主管叫去关心,甚至也有听到被主管强迫休息的例子。另一个关于劳工的待遇就是罢工的频率,我们在欧洲一年里,就遇过好几次的罢工,小至公交车,大至航空公司都有,例如法国国铁在今年就从四月一直罢工到七月,整整三个月。虽然对我们在生活上造成了影响,但是对于这里的人来说,罢工能够从资方那边换得更好的利益,而不像台湾,大家因为怕没有工作而不敢罢工,或是即使罢工了也换不到什么好处。

欧洲是个历史悠久的地方,而且所有有关历史的,无论是建筑或是庆祝活动,都被保存得相当好。有时候都会有点羡慕在这里的小朋友,有很多的文物或是建筑物我们只能在课本上看到,但是他们都能够亲眼见到或是到该建筑物内部亲自感受。比方说在参观历史建筑的时候,就能看见许多户外教学的小朋友,他们都能够亲眼看见那些课本的文物,像是进入罗马竞技场,或是在罗浮宫内亲眼看汉摩拉比法典的石柱等等。

以上所述虽然好像都在说欧洲很美好,但其实还是有些不如台湾的地方,最简单的例子就是卫生。在欧洲,几乎所有的厕所都要收费,即使是火车站的厕所也是要收费的,不像台湾,随时要找厕所就找得到,而且都是免费的。在旅游时,如果有看到免费的厕所绝对不能错过使用的机会,或者憋到抵达餐厅的时候使用餐厅的厕所。而欧洲人也因为要省上厕所的费用,所以就会在墙边、或地铁阴暗的角落解决,因此有些地铁站,味道并不是非常好。另外就是商店的营业时间,欧洲商店基本上都在晚上六、七点关门,所以如果课上到五点,要买食材就要一下课赶快去超市购物。虽然有类似7-11的店(称为night shop),但东西都非常贵。不像台湾超市营业到十点,甚至有些店是24小时不打烊,随时都能够买到东西。最后一项,欧洲远远不及台湾的就是治安,无论在宿舍或是实验室,都能够听到身边的人被偷或者是被抢的经验。在台湾我们可以把钱包放在口袋,悠哉地走过街道,但在欧洲这样的行为或许在冬天还行,夏天的话就要小心自身安全。而也因为治安不好,我们看见欧洲人在消费时都是使用信用卡,钱包都扁扁的根本没多少现金。【全文完】

罗马竞技场 汉摩拉比法典

 

撰文:光电所硕士班 林音妙

这一年在欧洲生活,认识不同的人、见识到不同的文化,每一次的交谈都更深刻地拓展了自己对这个世界及生活的诠释。

如同在亚洲的我们与日本、泰国还是有很多的文化差异,在整个欧洲里的各个国家也有很大的不同。当然,不能以偏概全地说我遇到的每个人都能代表他所属的国家,但在不同的城市感受到的氛围的确很不一样。举比利时周边的三大城市来说:我最常拜访的就是荷兰的阿姆斯特丹,在街上很轻易就能跟路上的人聊起天来,甚至早起时在街上大家都会互道早安,即使是对看起来就像观光客的我,亲切的人们让我一踏上荷兰就会感受到自由又舒服的气氛,也是我非常喜欢的欧洲城市之一;巴黎则有现代时尚感强烈的气息,每个人在路上都是西装笔挺服仪整齐,散发出的气质如同包装精致的礼物盒,或是常常看到沉浸在自己小世界的情侣们在街上拥吻上演浪漫的情节,加上街上不时出现华丽到不真实的巴洛克建筑,对我而言是如同电影般的梦境存在;伦敦则介于两者之间,不像巴黎般华美却也因为是一个历史悠久的城市而富有庄严华丽的建筑,语言也是这三个城市中大家最为熟悉的英文,我想也是因为如此,各国文化在伦敦更容易融入,有更多元且兼容的城市面貌,为伦敦点缀上不少缤纷。

荷兰Airbnb亲切的Host提供丰盛的早餐 巴黎塞纳-马恩省河

 伦敦街景

有次到巴黎遇到一个俄罗斯人,是在做木工的青少年,刚好一起在巴黎铁塔前的草皮有机会对话,他是住在波兰西侧的一块俄罗斯的领地,以前我从未发现那边也有俄罗斯的领土,后来也聊了一些国际局势的观点,跟平常在媒体上的认知又有很大的不同,聊到最后他甚至邀请我去看2018世界杯的足球赛,说是家乡的城市有足球场地也会有比赛,虽然下半年忙于论文及其它行程最后无法应邀,但能认识他也是很特别的经历。在开学迎新活动时我认识了一个热情的土耳其女孩,她是一个非常虔诚的穆斯林,最让我印象深刻的是她们每一年的斋戒月,穆斯林在这个月中的白天不能进食,甚至是滴水不沾,她们告诉我们其中一个意义是要在这段期间体会无法吃饱喝足的感受,进而更珍惜食物及平常所拥有的一切。不过在这段期间他们也不会停止上课,只是会尽量以不耗费体力的方式进行日常活动,例如本来是骑脚踏车上学改为搭公交车。

在欧洲很值得一提的是假期非常多,当地人很会享受及适度在工作之外放松,对于家庭及朋友的重视程度也很高,平常就能申请在家工作来打理家务,夏天因应高温也能弹性在早上七点之前上班,然后在下午一点左右下班。夏天一到,彷佛整个城市都成了度假胜地,许多人请假,电车上也不乏背着健行包包或穿着一副就是要去海边的装扮准备出门旅行的人,跟台湾除了春节假期外,兢兢业业、非常紧凑的工作气氛有很大的不同。

经历了这一年,很感谢自己当初有鼓起勇气,决定来到地球的另一侧。除了是完全陌生的环境、人际关系归零重来之外,所见所闻都大大超越了自己的认知,突然才真正体会到「开拓视野」这句话的意涵,也同时挑战了自己的适应能力。很多事情是读万卷书不如行万里路,很多体验是说也说不上来,必须自己真正走过一次才懂。增广见闻对我而言是在寻找自我的过程,透过这一年我觉得我获得的很多,也成长了不少,这一年对我来说是人生中非常珍贵的回忆。【全文完】

 

撰文:光电所硕士班 黄郁庭

先从治安方面说起,普遍大家对欧洲的印象是扒手很多,所以在这边旅游真的要注意身边财物,传闻有很多扒手的西班牙、法国和意大利反而我们都没遇到小偷,但在哥本哈根遇到了!因为和妈妈同行,所以我是背一般的后背包,一开始只觉得后面有人离我很近,后来他第二次碰到我时,我感受到背包的拉炼被拉开了!于是我立刻转头把包包甩过去,并和后面三个疑似罗马尼亚籍的男人对视,他们就立刻往右拐走掉了,虽然没有财物的损失,但真的要时时小心!

我去过很多国家,觉得最喜欢的城市是威尼斯和里昂。威尼斯就是一个观光小岛,上面的居民只有几千人,但搭着Gondola游览整座小岛,再走去海边看夕阳,喝着Spritz再搭船去彩色小岛Burano散步,人生真美好。

在威尼斯从贡多拉上望向钟塔

彩色小岛Burano

其实单讲里昂不太准确,应该说南法的氛围很棒。我们当时先搭飞机到里昂,之后再一路往南搭火车到亚维侬、马赛等城市,可以理解为何南欧会是旅游胜地,人们不知不觉就在这边懒洋洋地度过很多天,各种不同风格的古老建筑也不会看腻!其中令人特别惊艳的是某一座教堂甚至结合了AR实境,每个入场的人都会拿到一台平板,让你参观教堂时能补充许多额外的知识,并设计成有趣的寻宝活动。

旅行到后来会觉得人的因素至关重要,包括和你同行的人,或是你在旅途中遇到的人。像是在波多一个晚上就连续遇到两个热心的民众主动帮忙,顿时觉得是个非常有人情味的城市,或者在赛哥维亚的公交车上以为我们要让座、拼命压着我们不让我们起身的阿姨,抑或是在巴黎的地铁上主动帮我们找路线的小哥和带路的阿姨,这些都成为在欧洲很棒的回忆!

至于交通方式我们主要都是搭廉价航空,然后进行很克难的旅游,不过后来接触到一些环保意识(真的有很多欧洲人重视这点,看最近布鲁塞尔抗议气候变迁的游行就知道),觉得还是尽量选择其它交通工具或一般航空。毕竟搭飞机还要提前两个多小时到机场,也对行李有严格的限制,有时候搭火车或是客运反而会有意想不到的价格,低于十欧的票价也不是没有!不过欧洲最令我不喜欢的一点就是浮动的票价,也就是说愈早买愈便宜,有些票三个月前买跟一个礼拜前买差价可以到五折以上,对于我这种随兴(懒得规划)的人来说很苦恼啊!所以还是建议来欧洲游玩的人如果想省钱,功课一定要提早做足,不然就只能花比较多钱却享受到一样的服务。

至于住宿方面,Airbnb和Booking是我爱用的好朋友,前者比较偏向省钱背包客路线,但又比couch surfing这种模式更正式一点,不过后来我觉得没有一个服务柜台实在很麻烦,又不想要踩雷,所以几乎没用了。Booking的评分机制和回馈我觉得还不错,顾客的标准很高,通常8分以上都不会误踩地雷,上面也几乎都是旅馆,觉得用起来方便也比较放心!但如果想省钱的人也会选青年旅宿,价格便宜非常多也是个认识外国朋友的机会,就看个人需求了。【精彩内容,下期待续~】

 

 

 
     
 
 

Saturated two-photon excitation fluorescence microscopy for the visualization of cerebral neural networks at millimeters deep depth

Professor Chi-Kuang Sun

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 孙启光教授

Scattering and absorption of light are inherent barriers in maximizing the imaging depth in biological tissues. To overcome such limitations, fluorescence imaging modalities based on the engineering in the temporal domain has been gaining popularity. The basic mechanism in this domain is based on the repetitive saturated excitation (SAX) of fluorescence. The SAX of fluorescence creates higher nonlinearity, thereby slimmer nano-scale fluorescence point-spread-function (PSF) and higher spatial resolution (Fig. 1). A laser source for excitation is encoded with intensity modulation of a fundamental frequency, and excited fluorescence signal is decoded based on lock-in detection at the modulation frequency. When fluorescence saturation occurs, higher harmonics of the fundamental modulation frequency emerge as a consequence of saturation distortion. Different orders of higher nonlinearity from fluorescence saturation could thus be separated without interference. Therefore, super resolution could be achieved temporally with low vulnerability to optical scattering.

In our study, we have demonstrated the capability and superiority of saturated two-photon excitation fluorescence microscopy (TP-SAX) over the conventional two-photon fluorescence microscopy (TPFM) for the visualization of neuronal networks in an intact transparent (CLARITY treated) mouse brain with transgenic GFP labeling (Fig. 1) at deep depth (Chakraborty et al. J. Biophotonics e201800136, 2018). Here, TP-SAX was achieved with intensity modulated Ti: sapphire femtosecond laser at a fundamental frequency for the two-photon excitation of contrasts. For TP-SAX, a resolution enhancement by a factor of ~ 1.45 times can be observed at 2.4 mm depth of the transparent mouse brain in comparison with TPFM where scattering seriously degraded the PSF. Hence, TP-SAX can be used for exquisite visualization of delicate cerebral neural structure in the scattering regime with a sub-micron spatial resolution inside the intact mouse brain.

Fig. 1.Comparison of the imaging performance of TP-SAX, TPFM, and laser scanning confocal microscope (LSCM) in neuronal imaging. Magenta: LSCM image; Green, and Orange hot: TPFM images; Red, Cyan hot, Gray and Cyan: TP-SAX images. (Published as Back cover of the 1/2019 issue of Journal of Biophotonics, DOI: 10.1002/jbio.201800136)

 

Toward High-Power Blue FPLD/RCLED/μC-LED based Visible Lighting Communications

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

In this research topic, the laser white-lighting at a correlated color temperature (CCT) of 6500K is demonstrated by employing the red/green/blue (R/G/B) tri-color laser diodes (LDs), which introduces the wavelength division multiplexing technology to deliver the 16-QAM OFDM data stream at 11.2 Gbps over a 0.5 m free-space link. In this work, the sampling rate of encoded data is optimized to avoid the aliasing effect and to effectively amplify the signal with high on/off extinction and modulation depth. Proper oversampling can decrease the peak-to-average power ratio of the OFDM data and filter out unwanted noise. There are also six different diffusers used to diverge the white-light mixed by the RGB LD beam. By analyzing the color-casting transmittance, surface roughness, CCT uniformity, divergent angle of the diffuser, and the data transmission capacity, the frosted glass (FG2.8) diffuser with high transmittance diverges the white light with the divergent angle of ±20° and supports the highest data rate of 14 Gbps over 0.5 m , as shown in Fig.1(a). Fig.1(b) illustrates constellation plots and spectra of the RGB LD carried 16-QAM OFDM data with different bandwidths and optical density filters.

Fig. 1. RGB LD (a) generated white light with FG2.8 diffuser and (b) carried 16-QAM OFDM data with different bandwidths and optical density filters.

In addition, the violet laser diode (VLD) based ultrahigh-speed free-space optical (FSO) system is demonstrated for point-to-point data transmission. By directly encoding the VLD with the 64-QAM discrete multi-tone (DMT) data stream for the optical wireless communication through 0.5-10 m in free space, the point-to-point VLD-based FSO link allows delivering the 64-QAM DMT data at an ultrahigh bit rate of up to 26.4 Gbps. After receiving with a high-speed p-i-n photodiode, such a VLD-FSO link can provide clear constellation plot with error vector magnitude (EVM) of 8.57%, signal-to-noise ratio (SNR) of 21.34 dB and bit error ratio (BER) of 3.17×10-3 under forward-error-correction criterion. The EVM increases from 8.8% to 9.4% and the SNR decreases from 21.1 to 20.6 dB to slightly degrade the reachable data rate from 25.8 to 24 Gbit/s with transmission distance lengthening from 3 to 10 m. Fig. 2 shows constellation plots, SNR responses, and BERs of the VLD carried 64-QAM DMT data with bandwidth of 4.4 GHz at different free-space distances.

Fig. 2.(a) Constellation plots, (b) SNR responses, and (c) BERs of the VLD carried 64-QAM DMT data with bandwidth of 4.4 GHz at different free-space distances.

 

     
 
 
论文题目:应用于硅光子平台之高效率超宽带多尖端型端面耦光器之研究

姓名:杜毅洲   指导教授:黄定洧教授

 

摘要

光通讯领域在近年来蓬勃发展,绝缘体上硅(Silicon-on-Insulator, SOI)波导集成已成为此领域中之主流。然而,将光讯号自微米尺度之光源耦合到几百奈米尺度之硅波导中极具挑战,因两者间明显的模态不匹配会造成显著的耦合损耗。此外,宽带讯号传输为高速光通讯重要的技术,小尺寸耦光器可提高芯片的集积密度以利大量生产。因此,设计可直接将光源耦合至硅光子光路芯片的高效率、超宽带、小尺寸耦光器具有极大应用价值。

在本论文中,设计了二种类型可应用于硅光子平台的新颖多尖端型端面耦光器。第一类型为高效率超宽带的四尖端型端面耦光器,应用于直接耦合分布回馈型激光(distributed feedback laser)的TE模态椭圆形光场,此耦光器结构由多尖端区段与连结区段组成,组件长度为九十微米。3D-FDTD模拟结果耦光效率高达90.68% (0.4249 dB),常用的光通讯波段1260 ~ 1675 nm 都在其1-dB 频宽以内。

第二类型为高效率、小尺寸三尖端型端面耦光器,应用于耦合透镜光纤(lensed fiber)。此耦光器结构为类三波导定向耦合器,组件长度仅五十微米。3D-FDTD模拟结果此耦光器耦光效率在TE模态高达90.50% (0.4335 dB),在TM模态达85.19% (0.6960 dB),其1-dB频宽涵盖1300 ~ 1850 nm。若在此第二类型组件两侧搭配二氧化硅深蚀刻沟槽设计,可将TE模态耦光效率增加至93.33% (0.2998 dB),且组件长度可缩小至仅四十微米,只有一般商业用端面耦光器长度的十分之一。

此两种新颖高效率超宽带耦光器完全符合现今制程厂规范,可直接整合于实际制程应用。相较于近年来已发表的几种多尖端型端面耦光器,此两种类型耦光器具有耦光效率极高、操作频宽最大、组件尺寸微小等优势,展现其整合于光通讯芯片之极佳应用潜力。

图一、第一类型四尖端型端面耦光器

 

图二、第一类型不同尖端数端面耦光器的整体耦光效率

 


 
 
 

— 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、卢奕 —

电浆之消毒应用

移植合成网是疝气患者的标准和常用程序。然而,它会带来手术后感染的风险,这种感染是由于手术网表面上的细菌群聚所引起的(如图一),这种感染很难治疗。为了解决这些问题,Ignacio de Miguel和来自西班牙的同事们目前研究了光诱导消毒方案的使用,而该方案是利用电浆金奈米粒子(GNP)的加热(Nano Lett. 2019, 19, 2524−2529 )。

 

图一、感染是由于手术网表面上的细菌群聚所引起的

该想法是对外科网布的表面进行化学改质,以固定在生物组织的第一透明波长范围(650-1,100 nm)内,调整为在800 nm的近红外波长下共振的GNP。在使用具有与GNR的主吸收峰匹配的发射波长激光照射时,发生光诱导的加热,并且产生局部温度变化破坏由细菌产生的生物膜。和抗生素不同,因为这种损害是由物理方法引起的,所以细菌不会因适应治疗而变成具有耐药性。此外,可依据需要,在网布移植后重复进行近红外光照射。

故意使用受金黄色葡萄球菌感染的GNP锚定网布进行原理验证实验。然后,西班牙科学家系统地改变了照射条件(能量通量和脉冲持续时间)并评估了对细菌数量的影响。当网布用15 J cm-2的通量密度和300 ms的脉冲持续时间照射时,细菌数量减少了97.6%。

图二、在手术网布上预防电浆子生物膜的示意图。网布表面是功能化的,以实现稳健和均匀的GNR覆盖率。然后用金黄色葡萄球菌接种修饰的网布来诱导生物膜的形成。透过来自过滤的IPL(750-1200nm)的一系列光脉冲处理,覆盖GNR之局部电浆子的主要共振。生物膜活力研究和CFU计数最终用于评估治疗效率。

科学家们认为,消除生物膜背后的主要机制是它从网布上失去了黏附性,最有可能是因黏合剂胞外多醣的变性引起的。

 

 

参考资料:

[1] Noriaki Horiuchi. “Plasmon-enabled disinfection,” Nature Photonics 13, 308 (2019)

https://www.nature.com/articles/s41566-019-0429-z

DOI: 10.1038/s41566-019-0429-z

[2] Ignacio de Miguel, Irene Prieto, Arantxa Albornoz, Vanesa Sanz, Christine Weis, Pau Turon, and Romain Quidant, Nano Lett. 19, 2524−2529 (2019) “Plasmon-Based Biofilm Inhibition on Surgical Implants”

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b00187

DOI: 10.1021/acs. nanolett.9b00187

   
 
 
 
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