第158期 2019年12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:2019.12.30
 
 

本所教授指導碩、博士生榮獲「OPTIC 2019 Student Paper Award」,獲獎資訊如下,特此恭賀!

學生姓名

獎 項 指導教授
吳沛哲 OPTIC 2019 Student Paper Award (博士生)

論文名稱:Harmonic Generation Microscopy for Assessment of the Histopathological Characteristics and Therapeutic Outcome for Acquired Bilateral Nevus of Ota-like Maculae (ABNOM)

孫啟光
巫承霖 OPTIC 2019 Student Paper Award (碩士生) 

論文名稱:The Ultra-Short Photoacoustic Pulse Generation Using 2-Dimensional Electron Gas

孫啟光
蕭仰廷 OPTIC 2019 Student Paper Award (碩士生) 

論文名稱:High Power Fiber-Format Femtosecond Laser for Simultaneous Three-Color Excitation of Two-Photon Microscopy

孫啟光
蔡孟諭 OPTIC 2019 Student Paper Award (碩士生) 

論文名稱:GHz Optical Frequency Modulation from Light Emitting Diodes by Surface Acoustic Waves

黃建璋
莊宗融 OPTIC 2019 Student Paper Award (碩士生)

論文名稱:Polarization-independent metalens via modulating nanobar height ratio at visible wavelength

蘇國棟
許承富 OPTIC 2019 Student Paper Award (碩士生) 

論文名稱:a-IGZO Thin-Film Transistor-Based Differential Amplifier

陳奕君
黃筠婷 OPTIC 2019 Student Paper Award (碩士生)

論文名稱:Monolithically Integrated Optical NOR Gate Using Light-Emitting Transistors

吳肇欣
王璟郁 OPTIC 2019 Student Paper Award (碩士生)

論文名稱:Investigation of the ex vivo Mouse Brain Tissue Architecture with a Long Wavelength Optical Coherence

李翔傑

 

 

 
 

11月份「光電所專題演講」花絮(花絮整理:姚力琪)

時間: 108年11月1日(星期五)下午2時20分
講者: 李允立博士(錼創科技股份有限公司執行長)
講題: MicroLED Display — the Next Generation Display Technology
  本所於11月1日(星期五)邀請李允立博士於電機二館105演講廳發表演說,講題為「MicroLED Display — the Next Generation Display Technology」。李博士原為本所教師,後轉往業界發展,於103年成立錼創科技股份有限公司。李博士在業界表現傑出,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。
 

本場演講者李允立執行長

 

時間: 108年11月8日(星期五)下午2時20分
講者: Dr. Mukul Chandra Paul (Principal Scientist/Associate Professor, Fiber Optics and Photonics Division, Central Glass and Ceramic Research Institute, India)
講題: Research and development activities at Fiber Optics and photonics Division from view point of development of specialty optical fiber and fiber-based photonics devices
  本所於11月8日(星期五)邀請Dr. Mukul Chandra Paul於電機二館105演講廳發表演說,講題為「Research and development activities at Fiber Optics and photonics Division from view point of development of specialty optical fiber and fiber-based photonics devices」。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。
 

Dr. Mukul Chandra Paul(中)與本所黃升龍教授(右)合影

 

時間: 108年11月22日(星期五)下午2時20分
講者: 吳爾軒專利師(兆里國際專利商標事務所)
講題: 科技專利多元獲利模式
  本所於11月22日(星期五)邀請吳爾軒專利師於博理館101演講廳發表演說,講題為「科技專利多元獲利模式」。吳先生為本所碩士班畢業校友,畢業後服務於兆里國際專利商標事務所。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。
 

吳爾軒專利師(左)與本所林晃巖教授(右)合影

 

12月份「光電所專題演講」花絮(花絮整理:姚力琪)
時間: 108年12月13日(星期五)下午2時20分
講者: Prof. Xiuling Li (Department of Electrical and Computer Engineering, University of Illinois)
講題: Nanostructured Materials and Devices: Innovations for Electronic, Photonic, and Biomedical Applications
  本所於12月13日(星期五)邀請Prof. Xiuling Li於電機二館105演講廳發表演說,講題為「Nanostructured Materials and Devices: Innovations for Electronic, Photonic, and Biomedical Applications」。Prof. Xiuling Li應本所吳肇欣教授邀請至本所專題演講課程發表演說,內容豐富精彩,與現場同學互動佳,師生皆獲益良多。
 

Prof. Xiuling Li(左)與本所吳肇欣教授(右)合影

 

時間: 108年12月20日(星期五)下午2時20分
講者: 曾暐傑教授(國立臺灣師範大學國文學系)
講題: 不道德的勇氣—當代心理結構與社會輿論的批判與重構
  本所於12月20日(星期五)邀請曾暐傑教授於電機二館105演講廳發表演說,講題為「不道德的勇氣—當代心理結構與社會輿論的批判與重構」。曾暐傑教授應本所李翔傑教授邀請至本所專題演講課程發表演說,內容豐富精彩,與現場同學互動佳,師生皆獲益良多。
 

曾暐傑教授(左)與本所李翔傑教授(右)合影

 

時間: 108年12月27日(星期五)下午2時20分
講者: 王郁琦副董事長(WIN Semiconductors Corp. 穩懋半導體 )
講題: III-V半導體晶圓代工2.0
  本所於12月27日(星期五)邀請穩懋半導體王郁琦副董事長於博理館101演講廳發表演說,講題為「III-V半導體晶圓代工2.0」。王郁琦副董事長應本所黃建璋所長邀請至本所專題演講課程發表演說,內容豐富精彩,與現場同學互動佳,師生皆獲益良多 。
 

王郁琦副董事長(右)與本所所長黃建璋教授(左)合影

 

 
 
     

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 孟慶棠

初到根特生活的挑戰

我覺得整年度最大的挑戰便是前三個月的遭遇。一開始的宿舍問題就很棘手,因為初到宿舍時,很明顯的環境不乾淨外,廁所還會有堵塞的情況。當時我幾乎每一天都去Housing office反應,但得到的答案卻是叫我等待維修且沒有宿舍供我換宿,因此第一個禮拜的遭遇對我來說是一個很大的挑戰!這是我第一次覺得歐洲的效率如此緩慢且完全沒有服務的熱忱。不過之後幸好有人臨時退租,我才可以換到比較好的房間。

宿舍的廚房都有屬於我們自己的櫥櫃,但常常還是會有偷竊事件發生。像我一開始從IKEA買回廚具用品當天在做菜的時候,兩個大盤子就被偷了,之後電鍋也消失不見了,因此個人財物用品在學生宿舍一定要小心保管並且常常上鎖,免得被偷竊。另外,由於在外面餐廳用餐的價格基本都要10歐以上,因此這一年大部份的時間都是自己煮,才會比較划算(如圖一)。假如真的課業太過繁忙,在Overpoort的街上常常有較便宜的小吃,像這家我常常光顧的Kebab店(如圖二),一份小的Kebab價格只要4.75歐,我覺得還蠻划算的。

 圖一、宿舍廚房做菜

圖二、Snack Tosi

一般需要在國外待超過3個月的時間都需要辦當地居留證,而比利時規定居留者需要在抵達比利時10天之內拿到居留證,結果最後我卻是在12月初才拿到。還有當時在處理銀行開戶的時候,起初我與我朋友於BNP Paribas辦理開戶,但是僅能預約到隔一週的時間,因此我們決定改去ING辦理,在我提供我所有的資料之後,差不多等了一個多月還沒有任何通知,然而很奇怪的是我其它朋友在同樣的銀行、同樣的時間都已經處理完了,讓我對於在歐洲處理事情沒有統一標準的程序感到訝異。後來,聽聞同學推薦當地銀行KBC,才在這家銀行於一個禮拜內完成開戶。

在根特大部分的交通都仰賴腳踏車為主,從宿舍騎到平常上課或做研究的地點Technologiepark Zwijnaarde差不多25分鐘左右,如果遇到下超大雨或下雪則改搭公車為主。我是租用最便宜沒有變速的City Bike,一年租金60歐、押金60歐,最後視腳踏車歸還的狀況部分退款。由於鄰近宿舍就有一條酒吧街Overpoortstraat,每當早上的時候街道上常常佈滿許多玻璃碎片,導致騎腳踏車時需要格外小心。第一次腳踏車爆胎便發生在剛租完腳踏車後兩個禮拜的時候,當時從科技園牽腳踏車到維修中心足足花了1.5個小時,並且花了15歐的維修費。

 圖三、Overpoortstraat

除了忙碌的生活外,還需要兼顧課業與研究。根特大學的選課系統很特別,在上學期一次就要選好一整年的課,因此需要好好慎重考慮。再來我覺得選課系統在使用上較為繁瑣,加上我這一屆的課綱有略做改變,導致剛開始對於課程的選擇上摸不著頭緒。我記得有一堂進階英文課,我已經花了40多歐的教材費及上了三週的課程,最後被告知這堂課不納入畢業審核中,事後還需要想辦法處理這堂課後續的問題與選修替代的課程。

如今回想起這一年所有的挑戰,不管是學業上或是生活上,我著實經歷了不少辛苦的歷練,也因此從中改變了我對事情的看法,如何在語言不通的情況下解決問題、如何在孤立無援的時候尋求協助、如何在文化截然不同的地方適應生活等,這些磨練都不是可以預期的,因此這一年的收穫對我來說是如此深刻與寶貴。【精彩內容,下期待續~】

     
 
 

Biologically based artificial compound eye designed for a camera lens

Professor Guo-Dung J. Su

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 蘇國棟教授

TAIPEI, TAIWAN — Researchers have designed a new camera module that uses a curved hexagonal microlens array and all spherical surfaces. Traditionally camera designs are difficult to assemble due to tight tolerance, because they consist of many separated lenses. If there is only one lens element in the camera, tolerance buildups can be avoided. The way to achieve a one-lens camera is through combining many lenses.

Researchers led by Prof. Guo-Dung J. Su from the Micro Optics Device Laboratory of the Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics at National Taiwan University, Taiwan, experimentally demonstrated a one-lens camera design using a biologically inspired artificial compound eye with multiple focal lengths to avoid tolerance buildups. The artificial compound eye is a curved hexagonal microlens array arranged across a hemispherical photopolymer dome, wherein each microlens collects light with a small angular acceptance.

Fig. 1. SEM images of the one-lens camera module system using a curved hexagonal microlens array attached to a hemispherical lens. The oblique view after cutting with a dicing saw is used to confirm the fabricated curved microlens array is spherical and its center of curvature locates at the down surface of the glass substrate. Image taken by Wei-Lun Liang, National Taiwan University.

“This structure is integrated by the principles of both the human eye as well as an insect’s compound eye. It helps us to achieve a compact and wide field-of-view camera module.” said Wei-Lun Liang of the Micro Optics Device Laboratory, who was instrumental in designing the one-lens camera. “Most camera sensors are flat, due to the lithographic fabrication process. Our research showed that the field curvature aberration can be reduced by focusing on the best way to project a sharp image onto a flat surface.”

There are several benefits of using a hemispherical lens for a camera system, such as avoidance of coma aberration, wide field-of-view collection, and reduction of astigmatism aberration. However, a common optical problem of a hemispherical lens is known as field curvature aberration, and its image plane can be referred to as a curved Petzval surface. If the microlens array is arranged on the hemispherical surface, it can help with solving the problem.

 To create the one-lens camera, the researchers used inkjet printing technology with the hydrophilic confinement effect to establish microlens shapes with different profiles on a planar substrate. The replication process can convert the planar array into a curved shape. Next, liquid photopolymer is filled into a deformed elastomer membrane and then cure when exposed to ultraviolet light. In the end, the spherical configuration of the hexagonal array of multiple focal lengths is accomplished by applying the template architecture to a reconfigurable surface shape.

To verify that the fabricated lens has hemispherical shape, the researchers observe scanning electron microscope (SEM) images of the lens sectioned by a dicing saw. “The sample is fed into a high-precision dicing saw, and the cutting blade accurately passes through the centers of the microlenses,” said Liang. “From the SEM images, we can check that the curved array is spherical and its center locates on the planar side of the lens.”

After an image is captured by the experimental setup of the camera module system which is built up of the one lens component, the researchers stitch every partial image formed by each microlens within its segmented channel into a combined image. “Tracing the path of a light beam emitted from a point source toward the image plane, the rays of the light beam pass through neighboring microlenses and produce several convergent beams of light.” said Liang. “This phenomenon leads to duplicate regions in neighboring sub-images, and these duplicate regions become a benefit for the subsequent image stitching.”

 The researchers are now managing to convert their design into a commercial product. The funding support is from Taiwan Ministry of Science and Technology (MOST).  

 

Exciton dynamics in tri-layer organic thin-film with exciplex sensitized triplet-triplet annihilation

Professor Jiun-Haw Lee

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 李君浩教授

Exciton dynamics in tri-layer organic thin-film with exciplex sensitized triplet-triplet annihilation (ESTTA) process was studied by transient photoluminescence (trPL) measurement, which consists of 4,4’,4’’-tris(N-3-methyphenyl-N-phenyl-amino)triphenylamine (m-MTDATA) acting as the electron donor, 1-(2,5-dimethyl-4-(1-pyrenyl)phenyl)pyrene (DMPPP) as a triplet-diffusion-singlet-blocking (TDSB) layer, and 9,10-bis(2’-naphthyl) anthracene (ADN). With increasing the thickness of DMPPP from 0, 5, 10, and 15 nm, fluorescence decay time increased which was closed to the ADN thin-film, because DMPPP effectively blocked the singlet quenching of ADN by DMPPP.

Fig. 1. (a) Energy diagram of tri-layer organic thin-film, and (b) trPL measurement of thin film with different DMPPP thicknesses.

 

     
 
 
論文題目:將高分子分散液晶光圈應用於數位相機之研析

姓名:陳錫勳   指導教授:蔡睿哲教授

 

摘要

在本論文中,我們探索了結合高分子分散型液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal: PDLC)與光學感測器的計算相機系統。透過材料、製程、光電系統、計算與實驗設計的開發與研究,我們所提出的光電系統在數位攝影與深度感測的應用上,展現了良好並可靠的實驗結果。

高分子分散型液晶由液晶與高分子材料所組成,是一種可以藉由驅動電壓調變的材料。比起傳統的液晶,高分子分散型液晶的主要優點是具有較高的穿透率,非機械式與可調變。這些特性具有潛力符合自動化相機的系統需求,例如高訊雜比(signal-to-noise ratio)與可程式化(programmable)的功能。藉由利用高分子分散型液晶的這些優點及採用簡易實現的製程,我們設計了光電光圈(electro-optical iris)及更進階的版本:離軸雙光電光圈(off-axis dual electro-optical irises)。結合計算,搭配光電光圈的相機系統成功生成了高訊雜比的影像,有利於數位攝影的應用。而搭配離軸雙光電光圈的相機系統,在實驗結果與理論計算的佐證下,展現了可靠的深度感測能力。

在我們研究了高分子分散型液晶與光學感測器的結合後,基於此組合的數位攝影與深度感測的應用已具有可行性與發展的潛力。而在我們研究過程中所探索的材料方法、製程技術與運算方法,也期望能夠對自動化技術、光電元件與行動攝影的發展有所貢獻。

 圖一、離軸雙光電光圈之製程

 

 圖二、(a) 系統生成之視差圖。(b) 深度量測實驗與理論之比較。

 


 
 
 

— 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、吳昕妤 —

室溫兆赫茲探測器

在太空中,頻率介在0.1–10.0 THz範圍內的微弱兆赫茲(THz)波是電磁波的主要類型,可提供有關星系形成等天文現象的關鍵訊息。問題是要如何檢測這種輻射呢?到目前為止,基於超低溫冷卻的超導混合器的近量子極限外差弱兆赫茲檢測器已被用於檢測微弱兆赫茲波,但是100 GHz數量級的設備頻寬不足以獲得有意義的光譜。

現在,王寧和來自加州大學洛杉磯分校和美國加州理工學院的同事已經開發出電漿子技術的光電混頻器(如圖)在室溫下以0.1-5.0 THz之足夠寬的頻寬下運作(Nat.Astron. https://doi.org/10.1038/s41550-019-0828-6; 2019)。

 

圖一、電漿子技術光電混頻器(來源:施普林格自然有限公司)

電漿子光混頻器由常規光混合器和兩個奈米級Ti / Au光柵組成,它們覆蓋8×8 μm2的有效區域,伴隨著尖端間的間隙為1 μm。該光混頻器在低溫生長的GaAs基底上與對數式螺旋天線集成在一起。在操作過程中,它被兩個可調變波的雷射激發,其中心波長分別為780 nm和785 nm,以在0.1 THz至5.0 THz的兆赫茲範圍內提供可調的光學拍頻ωbeat

Ti / Au光柵旨在透過激發表面電漿子波來局部增強光幫浦強度。兆赫茲波和幫浦光束引起的漂移光電流具有三個頻率分量,分別為ωTHz,(ωbeat + ωTHz)和ǀωbeatωTHz ǀ,這裡最後一個分量稱為中頻(IF)。通過調諧ωbeat並記錄IF輸出功率,可以由對數式螺旋天線帶寬決定的較寬的頻率範圍內提取接收到的THz頻譜。

 基於電漿子光混頻器的THz檢測器的光譜分辨率由帶通濾波器的帶寬和光泵浦光束的線寬決定。從0.55 THz下變頻到1 GHz的IF頻譜表現出1 kHz半高全寬的線寬。

電漿子光混頻器的IF輸出功率和噪聲功率分別與光幫浦功率呈二次和線性關係。透過光泵功率水準控制光混合器的信噪比,實現了具有量子級靈敏度的THz檢測,而且無需進行低溫冷卻。

電漿子光混頻器還可以與極化感測天線集成在一起,以確定星際輻射極化中的微小的非等向性,這對於理解星際介質中源自超新星爆炸和恆星風的衝擊過程是至關重要的。

 

 

參考資料:

[1] Noriaki Horiuchi, “Room-temperature terahertz detector,” Nature Photonics volume 13, page584 (2019)

https://www.nature.com/articles/s41566-019-0513-4

DOI: 10.1038/ s41566-019-0513-4

[2] Ning Wang, Semih Cakmakyapan,Yen-Ju Lin, Hamid Javadi & Mona Jarrahi, “Room-temperature heterodyne terahertz detection with quantum-level sensitivity,” Nature Astronomy (2019), Published: 08 July 2019

https://www.nature.com/articles/s41550-019-0828-6

DOI: 10.1038/ s41550-019-0828-6

   
 
 
 
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