第154期 2019年8月刊
 
 
 
發行人:黃建璋所長  編輯委員:曾雪峰教授  主編:林筱文  發行日期:2019.08.30
 
 
     

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 ~

【之七】

撰文:光電所碩士班 宇德安

在比利時生活的一年,體驗到歐洲人悠閒生活的步調。與步調快速的台北不同,在比利時的當地人更能掌握工作與生活之間的平衡,不只是公家機關,許多店舖都是在下午五點就關門,當我與當地的學生交流台灣和比利時的工作環境差異,他們都非常訝異在台灣的工程師常常需要加班,他們常問到「這樣你們要怎麼享受生活?」

在國外,有些超商在禮拜天會休息,讓我們養成了禮拜五就要先進行採買,預先規劃要煮些什麼菜、準備好需要食材的習慣。此外,令我訝異的是,比利時的公共運輸比起台灣很常罷工,平均兩個月就有一次,但在罷工之前都預先通知民眾,當地的學生和教職員對於罷工的情況也相當熟悉。

在比利時的這一年中,我們也趁著一些假期出國。在歐洲,國與國的界限較為模糊,出國不一定要搭飛機,搭火車甚至搭巴士就可以出國了,出國需要的交通費也相對便宜,若提早規劃甚至可以買到很便宜的票價,我們曾經在規劃巴塞隆納的行程時,買到比利時往巴塞隆納只要9歐的機票,有時廉價航空的機票還比在比利時吃一餐來得便宜。搭火車和巴士出國也十分方便,巴士當中較為便宜的是flixbus,另外還可以到ESN學生會的攤位領取flixbus的折價券,相當划算。

2016年,在比利時火車站發生恐怖攻擊,至今在比利時市中心的街上或中央火車站常常會看到持槍荷彈的警察,一開始前往布魯塞爾時,常常擔心布魯塞爾會不會治安很不好,但其實住了一年比利時,並不覺得布魯塞爾的治安不好。但是不論如何還是要留意自己的貴重物品,在這一年中,我有過一次被小偷偷背包的經驗,是在治安較差的北站,約早上五、六點搭火車時,有一個小偷看準火車要關門的瞬間,把我放在隔壁座位上的背包搶走,當時我的所有貴重物品、筆電、護照都在背包裡,所幸最後背包有搶回來,如今回想起來仍是餘悸猶存,但也從中學到十分寶貴的一課,不論治安好或治安差的國家都有小偷,一定要隨時留意自己的物品,不需要過度緊張,但也絕不能過度放鬆警戒。

在國外遊歷了一些國家,其中最令我印象深刻的是瑞士,在山丘間羅列著一個個別緻的木屋,彷彿童話故事的場景,下雪後的街景更是別具特色,我們造訪了瑞士南部的策馬特,當地的馬特洪峰可稱做瑞士的一座聖山,十分宏偉。在住宿的地方我們遇到許多同住的外國人,一邊吃著瑞士有名的起司鍋,一邊聊天分享彼此不同的文化,是旅行中的一大樂事。在旅行中總是能品嘗到不同的料理和感受不同的文化,雖然時間不多,在每個國家的體驗都十分珍貴,也使這一年在國外的生活增色不少。【全文完】

 

 

撰文:光電所碩士班 游舜豪

在歐洲的一年,可以看到許多與台灣完全不一樣的事物,尤其是關於人的方面。比方說,在歐洲搭乘大眾運輸工具,可以看到幾乎所有國家的火車站都沒有票口閘門,目前我看到在進入月台前有閘門的只有荷蘭而已。一般都是拿著票在車上給驗票員檢查,不然就是自己在上月台前利用打票機打票。不過也因為沒有閘門的關係,在月台上的人可能就不一定都是要搭火車的人,有些壞人會因為這樣的便利性在月台搶劫,這也是在歐洲需要注意的地方。另外,他們政府對於勞工的尊重,跟台灣比實在是差太多了。其中一個例子是聽實驗室的研究員說的,聽說工作一年就可以擁有28天的特休,如果不休息的話還會被主管叫去關心,甚至也有聽到被主管強迫休息的例子。另一個關於勞工的待遇就是罷工的頻率,我們在歐洲一年裡,就遇過好幾次的罷工,小至公車,大至航空公司都有,例如法國國鐵在今年就從四月一直罷工到七月,整整三個月。雖然對我們在生活上造成了影響,但是對於這裡的人來說,罷工能夠從資方那邊換得更好的利益,而不像台灣,大家因為怕沒有工作而不敢罷工,或是即使罷工了也換不到什麼好處。

歐洲是個歷史悠久的地方,而且所有有關歷史的,無論是建築或是慶祝活動,都被保存得相當好。有時候都會有點羨慕在這裡的小朋友,有很多的文物或是建築物我們只能在課本上看到,但是他們都能夠親眼見到或是到該建築物內部親自感受。比方說在參觀歷史建築的時候,就能看見許多戶外教學的小朋友,他們都能夠親眼看見那些課本的文物,像是進入羅馬競技場,或是在羅浮宮內親眼看漢摩拉比法典的石柱等等。

以上所述雖然好像都在說歐洲很美好,但其實還是有些不如台灣的地方,最簡單的例子就是衛生。在歐洲,幾乎所有的廁所都要收費,即使是火車站的廁所也是要收費的,不像台灣,隨時要找廁所就找得到,而且都是免費的。在旅遊時,如果有看到免費的廁所絕對不能錯過使用的機會,或者憋到抵達餐廳的時候使用餐廳的廁所。而歐洲人也因為要省上廁所的費用,所以就會在牆邊、或地鐵陰暗的角落解決,因此有些地鐵站,味道並不是非常好。另外就是商店的營業時間,歐洲商店基本上都在晚上六、七點關門,所以如果課上到五點,要買食材就要一下課趕快去超市購物。雖然有類似7-11的店(稱為night shop),但東西都非常貴。不像台灣超市營業到十點,甚至有些店是24小時不打烊,隨時都能夠買到東西。最後一項,歐洲遠遠不及台灣的就是治安,無論在宿舍或是實驗室,都能夠聽到身邊的人被偷或者是被搶的經驗。在台灣我們可以把錢包放在口袋,悠哉地走過街道,但在歐洲這樣的行為或許在冬天還行,夏天的話就要小心自身安全。而也因為治安不好,我們看見歐洲人在消費時都是使用信用卡,錢包都扁扁的根本沒多少現金。【全文完】

羅馬競技場 漢摩拉比法典

 

撰文:光電所碩士班 林音妙

這一年在歐洲生活,認識不同的人、見識到不同的文化,每一次的交談都更深刻地拓展了自己對這個世界及生活的詮釋。

如同在亞洲的我們與日本、泰國還是有很多的文化差異,在整個歐洲裡的各個國家也有很大的不同。當然,不能以偏概全地說我遇到的每個人都能代表他所屬的國家,但在不同的城市感受到的氛圍的確很不一樣。舉比利時周邊的三大城市來說:我最常拜訪的就是荷蘭的阿姆斯特丹,在街上很輕易就能跟路上的人聊起天來,甚至早起時在街上大家都會互道早安,即使是對看起來就像觀光客的我,親切的人們讓我一踏上荷蘭就會感受到自由又舒服的氣氛,也是我非常喜歡的歐洲城市之一;巴黎則有現代時尚感強烈的氣息,每個人在路上都是西裝筆挺服儀整齊,散發出的氣質如同包裝精緻的禮物盒,或是常常看到沉浸在自己小世界的情侶們在街上擁吻上演浪漫的情節,加上街上不時出現華麗到不真實的巴洛克建築,對我而言是如同電影般的夢境存在;倫敦則介於兩者之間,不像巴黎般華美卻也因為是一個歷史悠久的城市而富有莊嚴華麗的建築,語言也是這三個城市中大家最為熟悉的英文,我想也是因為如此,各國文化在倫敦更容易融入,有更多元且兼容的城市面貌,為倫敦點綴上不少繽紛。

荷蘭Airbnb親切的Host提供豐盛的早餐 巴黎塞納河

 倫敦街景

有次到巴黎遇到一個俄羅斯人,是在做木工的青少年,剛好一起在巴黎鐵塔前的草皮有機會對話,他是住在波蘭西側的一塊俄羅斯的領地,以前我從未發現那邊也有俄羅斯的領土,後來也聊了一些國際局勢的觀點,跟平常在媒體上的認知又有很大的不同,聊到最後他甚至邀請我去看2018世界盃的足球賽,說是家鄉的城市有足球場地也會有比賽,雖然下半年忙於論文及其他行程最後無法應邀,但能認識他也是很特別的經歷。在開學迎新活動時我認識了一個熱情的土耳其女孩,她是一個非常虔誠的穆斯林,最讓我印象深刻的是她們每一年的齋戒月,穆斯林在這個月中的白天不能進食,甚至是滴水不沾,她們告訴我們其中一個意義是要在這段期間體會無法吃飽喝足的感受,進而更珍惜食物及平常所擁有的一切。不過在這段期間他們也不會停止上課,只是會盡量以不耗費體力的方式進行日常活動,例如本來是騎腳踏車上學改為搭公車。

在歐洲很值得一提的是假期非常多,當地人很會享受及適度在工作之外放鬆,對於家庭及朋友的重視程度也很高,平常就能申請在家工作來打理家務,夏天因應高溫也能彈性在早上七點之前上班,然後在下午一點左右下班。夏天一到,彷彿整個城市都成了度假勝地,許多人請假,電車上也不乏背著健行包包或穿著一副就是要去海邊的裝扮準備出門旅行的人,跟台灣除了春節假期外,兢兢業業、非常緊湊的工作氣氛有很大的不同。

經歷了這一年,很感謝自己當初有鼓起勇氣,決定來到地球的另一側。除了是完全陌生的環境、人際關係歸零重來之外,所見所聞都大大超越了自己的認知,突然才真正體會到「開拓視野」這句話的意涵,也同時挑戰了自己的適應能力。很多事情是讀萬卷書不如行萬里路,很多體驗是說也說不上來,必須自己真正走過一次才懂。增廣見聞對我而言是在尋找自我的過程,透過這一年我覺得我獲得的很多,也成長了不少,這一年對我來說是人生中非常珍貴的回憶。【全文完】

 

撰文:光電所碩士班 黃郁庭

先從治安方面說起,普遍大家對歐洲的印象是扒手很多,所以在這邊旅遊真的要注意身邊財物,傳聞有很多扒手的西班牙、法國和義大利反而我們都沒遇到小偷,但在哥本哈根遇到了!因為和媽媽同行,所以我是背一般的後背包,一開始只覺得後面有人離我很近,後來他第二次碰到我時,我感受到背包的拉鍊被拉開了!於是我立刻轉頭把包包甩過去,並和後面三個疑似羅馬尼亞籍的男人對視,他們就立刻往右拐走掉了,雖然沒有財物的損失,但真的要時時小心!

我去過很多國家,覺得最喜歡的城市是威尼斯和里昂。威尼斯就是一個觀光小島,上面的居民只有幾千人,但搭著Gondola遊覽整座小島,再走去海邊看夕陽,喝著Spritz再搭船去彩色小島Burano散步,人生真美好。

在威尼斯從貢多拉上望向鐘塔

彩色小島Burano

其實單講里昂不太準確,應該說南法的氛圍很棒。我們當時先搭飛機到里昂,之後再一路往南搭火車到亞維儂、馬賽等城市,可以理解為何南歐會是旅遊勝地,人們不知不覺就在這邊懶洋洋地度過很多天,各種不同風格的古老建築也不會看膩!其中令人特別驚艷的是某一座教堂甚至結合了AR實境,每個入場的人都會拿到一台平板,讓你參觀教堂時能補充許多額外的知識,並設計成有趣的尋寶活動。

旅行到後來會覺得人的因素至關重要,包括和你同行的人,或是你在旅途中遇到的人。像是在波多一個晚上就連續遇到兩個熱心的民眾主動幫忙,頓時覺得是個非常有人情味的城市,或者在賽哥維亞的公車上以為我們要讓座、拼命壓著我們不讓我們起身的阿姨,抑或是在巴黎的地鐵上主動幫我們找路線的小哥和帶路的阿姨,這些都成為在歐洲很棒的回憶!

至於交通方式我們主要都是搭廉價航空,然後進行很克難的旅遊,不過後來接觸到一些環保意識(真的有很多歐洲人重視這點,看最近布魯塞爾抗議氣候變遷的遊行就知道),覺得還是盡量選擇其他交通工具或一般航空。畢竟搭飛機還要提前兩個多小時到機場,也對行李有嚴格的限制,有時候搭火車或是客運反而會有意想不到的價格,低於十歐的票價也不是沒有!不過歐洲最令我不喜歡的一點就是浮動的票價,也就是說愈早買愈便宜,有些票三個月前買跟一個禮拜前買差價可以到五折以上,對於我這種隨興(懶得規劃)的人來說很苦惱啊!所以還是建議來歐洲遊玩的人如果想省錢,功課一定要提早做足,不然就只能花比較多錢卻享受到一樣的服務。

至於住宿方面,Airbnb和Booking是我愛用的好朋友,前者比較偏向省錢背包客路線,但又比couch surfing這種模式更正式一點,不過後來我覺得沒有一個服務櫃台實在很麻煩,又不想要踩雷,所以幾乎沒用了。Booking的評分機制和回饋我覺得還不錯,顧客的標準很高,通常8分以上都不會誤踩地雷,上面也幾乎都是旅館,覺得用起來方便也比較放心!但如果想省錢的人也會選青年旅宿,價格便宜非常多也是個認識外國朋友的機會,就看個人需求了。【精彩內容,下期待續~】

 

 

 
     
 
 

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

臺灣大學光電所 孫啟光教授

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

臺灣大學光電所 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.

 

     
 
 
論文題目:應用於矽光子平台之高效率超寬頻多尖端型端面耦光器之研究

姓名:杜毅洲   指導教授:黃定洧教授

 

摘要

光通訊領域在近年來蓬勃發展,絕緣體上矽(Silicon-on-Insulator, SOI)波導集成已成為此領域中之主流。然而,將光訊號自微米尺度之光源耦合到幾百奈米尺度之矽波導中極具挑戰,因兩者間明顯的模態不匹配會造成顯著的耦合損耗。此外,寬頻訊號傳輸為高速光通訊重要的技術,小尺寸耦光器可提高晶片的集積密度以利大量生產。因此,設計可直接將光源耦合至矽光子光路晶片的高效率、超寬頻、小尺寸耦光器具有極大應用價值。

在本論文中,設計了二種類型可應用於矽光子平台的新穎多尖端型端面耦光器。第一類型為高效率超寬頻的四尖端型端面耦光器,應用於直接耦合分佈回饋型雷射(distributed feedback laser)的TE模態橢圓形光場,此耦光器結構由多尖端區段與連結區段組成,元件長度為九十微米。3D-FDTD模擬結果耦光效率高達90.68% (0.4249 dB),常用的光通訊波段1260 ~ 1675 nm 都在其1-dB 頻寬以內。

第二類型為高效率、小尺寸三尖端型端面耦光器,應用於耦合透鏡光纖(lensed fiber)。此耦光器結構為類三波導定向耦合器,元件長度僅五十微米。3D-FDTD模擬結果此耦光器耦光效率在TE模態高達90.50% (0.4335 dB),在TM模態達85.19% (0.6960 dB),其1-dB頻寬涵蓋1300 ~ 1850 nm。若在此第二類型元件兩側搭配二氧化矽深蝕刻溝槽設計,可將TE模態耦光效率增加至93.33% (0.2998 dB),且元件長度可縮小至僅四十微米,只有一般商業用端面耦光器長度的十分之一。

此兩種新穎高效率超寬頻耦光器完全符合現今製程廠規範,可直接整合於實際製程應用。相較於近年來已發表的幾種多尖端型端面耦光器,此兩種類型耦光器具有耦光效率極高、操作頻寬最大、元件尺寸微小等優勢,展現其整合於光通訊晶片之極佳應用潛力。

圖一、第一類型四尖端型端面耦光器

 

圖二、第一類型不同尖端數端面耦光器的整體耦光效率

 


 
 
 

— 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 —

電漿之消毒應用

移植合成網是疝氣患者的標準和常用程序。然而,它會帶來手術後感染的風險,這種感染是由於手術網表面上的細菌群聚所引起的(如圖一),這種感染很難治療。為了解決這些問題,Ignacio de Miguel和來自西班牙的同事們目前研究了光誘導消毒方案的使用,而該方案是利用電漿金奈米粒子(GNP)的加熱(Nano Lett. 2019, 19, 2524−2529 )。

 

圖一、感染是由於手術網表面上的細菌群聚所引起的

該想法是對外科網布的表面進行化學改質,以固定在生物組織的第一透明波長範圍(650-1,100 nm)內,調整為在800 nm的近紅外波長下共振的GNP。在使用具有與GNR的主吸收峰匹配的發射波長雷射光照射時,發生光誘導的加熱,並且產生局部溫度變化破壞由細菌產生的生物膜。和抗生素不同,因為這種損害是由物理方法引起的,所以細菌不會因適應治療而變成具有耐藥性。此外,可依據需要,在網布移植後重複進行近紅外光照射。

故意使用受金黃色葡萄球菌感染的GNP錨定網布進行原理驗證實驗。然後,西班牙科學家系統地改變了照射條件(能量通量和脈衝持續時間)並評估了對細菌數量的影響。當網布用15 J cm-2的通量密度和300 ms的脈衝持續時間照射時,細菌數量減少了97.6%。

圖二、在手術網布上預防電漿子生物膜的示意圖。網布表面是功能化的,以實現穩健和均勻的GNR覆蓋率。然後用金黃色葡萄球菌接種修飾的網布來誘導生物膜的形成。透過來自過濾的IPL(750-1200nm)的一系列光脈衝處理,覆蓋GNR之局部電漿子的主要共振。生物膜活力研究和CFU計數最終用於評估治療效率。

科學家們認為,消除生物膜背後的主要機制是它從網布上失去了黏附性,最有可能是因黏合劑胞外多醣的變性引起的。

 

 

參考資料:

[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

   
 
 
 
版權所有   國立臺灣大學電機資訊學院光電工程學研究所   http://gipo.ntu.edu.tw/
歡迎轉載   但請註明出處   http://gipo.ntu.edu.tw/monthly.htm/