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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：2020.03.30 |
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～ 与南京大学（Nanjing
University）博士生交流活动 2019 系列报导 ～
【2019
第十二届海峡两岸光电科技博士生论坛】
（时间：2019年11月18日至11月22日；地点：南京大学）
【之三】
撰文：光电所博士班 杨腾毅
这次非常开心能有机会参加「2019 第十二届海峡两岸光电科技博士生论坛」。我去年也有参加过，在不同领域的理论和科技技术交流中获益良多，跟许多同学交换不同的想法，报告后也获得许多宝贵建议，更重要的是认识许多南京的朋友们，非常感谢去年南京大学的同学来台热情参与。因此今年收到所办的通知时，非常开心能再次参与两岸光电科技博士生论坛。
抵达南京当日，刚至机场就受到南大的老师和同学们热烈欢迎，很温馨地帮我们准备热饮和三明治，尽管户外低温，但因有他们的热情，觉得格外温暖和感人。
这个论坛的成立很不容易，很感谢当年台大的杨志忠教授和南大的祝世宁院士发起，创办两岸博士生论坛，包含了学术交流、实验室参访以及文化交流。这次参与的学校也是历届最多的，与会师生分别来自台湾大学、南京大学、苏州大学、南京航空航天大学、东南大学、南京师范大学、南京理工大学、苏州科技大学、南京邮电大学、日本国立物质材料研究机构等校。
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南京大学祝世宁院士 |
台湾大学杨志忠教授 |
在开幕致辞时，杨志忠教授曾提到，历经数年，看到了台大和南大同学的改变进步，以前两边学校的风格在两端，一端是偏纯理论，另一端是偏应用，但经过几届交流，发现彼此慢慢往中间靠近，做纯理论的会开始搭配实作做验证，做应用的会开始用理论来辅佐说明，这同时也在论坛中令我印象深刻。当我听到很多理论分析时，自己也开始思考和参考，是不是我也可用理论去辅助推测下一个要进展的方向、可以使用的方式有哪些，彷佛眼前的路突然开展，也比较明晰知道最适合的方式可能有哪几种，预计可能的结果，避免走冤枉路。
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博士生报告 |
提问时间 |
虽然大家的领域不同，差异很大，但我很喜欢不同领域的想法激荡交流，因为往往在自己的领域，能想到的方法会有局限，但透过不同的角度去看，例如从理论或技术，有时会发现新方向，有种柳暗花明又一村的感觉，在来来往往讨论过程中，创新以及突破就得以显现。
另外，在报告的时候会发现其它人对于自身的研究领域，用什么样的逻辑、解决方式，以及假设检验，不同的设计能刺激我的思路，让我不会只用惯性的角度去看待一件事情，而趋向用全面角度去探究更深奥的领域。每一个人就像不同的书，仔细研读，会看到不一样的优点，感觉研究就像是大海一样，不管怎么探究都不会穷尽。
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闭幕式意见交流 |
邀请报告 |
论坛中最有趣的地方是对于同一个英文单字，双方翻译有所不同，譬如说 「plasma」，大陆叫做「等离子体」，台湾称为「电浆」，在初步听介绍的时候，一时会转不过来，但听久了就觉得很有意思，会发现不同的翻译强调的重点不同，有些是为了强调特性，有些是音译。在吃饭的时候，我们这边会讲说「地道」的菜，那边则是说「地道」的菜，虽然讲法不同，但不影响双方沟通，也在聊天过程中增添不少趣味。
在南京的文化参访也是让我非常惊艳。刚到南京最惊讶的是看到「南京明代城墙」，盘据座落南京市里，其中一段城墙，有玄武湖做护城河，玄武湖是江南三大名湖之一，有荷花、还有杨柳垂柳于岸边，许多文人到玄武湖，也是被这景色所吸引，创作了不少跟玄武湖相关的诗篇。南京的竹林也是非常有名的景点，空气非常清新，很适合繁忙研究之余，在大自然沈淀。
这次博士生论坛收获许多，不只是学术知识学习、文化交流，也很谢谢南京的教授们、金老师、南大队长苏光旭以及南大的同学热情招待，另外也很感谢台大的伙伴们裕展、隽宇、俊远、庭皓、李盼、智伟、景荏、嘉均、翊乔一起互相配合合作，期许我们透过这次的交流，让研究通往新的高峰。
【之四】
撰文：光电所博士班 黄隽宇
两岸光电科技博士生论坛是台大光电所以及南京大学物理学院一年一度的重要学术交流活动，两岸光电科技博士生论坛的滥觞是于2008年由杨志忠教授以及祝世宁院士促成，从此开启了长达十余年的学术交流，不仅仅是论坛上的交流，更有实质上的合作。在本次会议中，南京大学方面总共有20余位学生参加，台湾大学则总共有10位学生与会。并且这次活动南京大学方面不仅有南京大学的同学参加，还有许多在江苏省的同学一起参与。参访第一天我们到了南京江北新区，台湾知名企业台积电南京厂即设厂在此。这次的会议地点不像以往是在南京大学校区，而是移到了饭店中。
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杨志忠教授致辞 |
这次的论坛不仅仅是一个学术上的交流活动，更是一个良好的学习机会。和以往的会议或者论坛不同，两岸光电科技博士生论坛是由双方学生共同筹划完成，南京大学的学生以及台湾大学的学生皆有令人印象深刻的表现。台湾大学光电所的学生以及南京大学物理学院的学生在研究领域相去甚远，台大方面的研究领域，由于相关产业结构的关系，研究领域较为着重于半导体产业、光学系统设计以及发光二极管的制程或者理论的研究，南京大学方面则是着重于物理方面的研究，例如光子对的研究、生物物理以及量子物理的研究，并且在研究的范畴较为广泛。在会议中双方学生也因此能够与不同领域的博士生讨论并且吸取新知，在交流中激发出不一样的想法以及新的点子。南京大学有很多前瞻的物理研究，例如有团队做单个量子光学的应用，也有做有机材料/钙钛矿材料的量子点研究，虽然这些研究课题目前还难以应用到实际的组件或者工程上，但却是探讨其物理基本性质的重要信息，这也是双方最主要的差异。在课题的探讨上，台湾大学的报告内容偏向于半导体以及组件的应用及制作，而南京大学部分则是偏向材料本身的物理性质，以及针对一些前瞻的物理特性进行探讨。由于本质上还是探讨物理的问题，虽然没办法完全理解对方所做的研究，但是听他们的演讲也能够激发一些想法以及点子来运用在自己的研究领域上。
总结来说，我在这两天的交流中学习到很多东西，也认识了很多人，希望在未来的研究上能够有所合作。
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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 ～
【之四】
撰文：光电所硕士班
孟庆棠
研究
在还没抵达根特之前，我已询问根特EMSP的承办人关于硕士论文题目的问题，差不多在抵达前一周，我便收到这一年硕士论文题目的清单，差不多有50至60个题目，里面会提到每一个研究题目的Promoter、Supervisor、起源、目的以及从事研究的地点。由于我这一届在根特大学仅有两位硕二生，因此不需要排志愿序，而是直接与教授约时间面谈。
我最后选择在Liquid Crystal Group从事研究，我的题目是「Efficient High Angle Beam Steering using a Spatial Light Modulator」，于空间光调制器的光学系统中，目标提高较广的绕射角度之绕射效率。我的研究历程为一开始与教授面谈了解研究主题、文献回顾、仿真设计、实验制作、分析实验结果、撰写论文以及准备口试。我大约在11月初的时候确定实验主题，由于上学期大部分的时间都在课业上，因此研究上以查阅文献与模拟设计为主。之后在圣诞假期前一周与指导教授及学长姐进行第一次期中报告，主要说明自己安排的研究进度、研究方向以及目前的研究进展。我觉得这算是一个很好的提前口试训练，因为报告大纲与真实口试类似，以及藉由教授与学长姐的回馈，可以知道往后研究需要修正的方向。
下学期主要以研究为主，我在时间的规划上，一月至五月以模拟设计为主，接着从六月至九月则是一边做实验、一边撰写论文。在实验方面，我主要跟一位博班学长Brecht一起做实验，非常感谢学长耐心地教导我实验规划与量测实验数据，最后能够如期地完成论文。
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口试完与Brecht在实验室合影 |
口试有两梯次，分别为六月底与九月初，口试生只能参加其中一场，第一梯次共两天分别在根特大学与布鲁塞尔自由大学举办，第二梯次由于只剩下根特的硕士生，所以仅于根特大学举办。另外，所上的学生都需要出席口试。我在口试的时候，场内有我们Group的教授与学长姐、所有的光电所硕士生以及对我的研究主题有兴趣的学生与教授，差不多25人左右。口试报告为20分钟，Q&A大约20多分钟。基本上，在场的所有人都可以发问，最后由评委与指导教授开会讨论决定学生的分数。口试结束后，成绩不会马上公布，而是等到最后学期成绩一并公布，然而当下我的指导教授有跟我私下谈他对于口试的感想以及提出一些建议。非常感谢我的指导教授Kristiaan Neyts这一年研究上所有的指教，使我能够顺利地通过口试。
这一年的研究中，首先，我体会到自发性学习的重要性。在这里硕士生没有固定的开会时间，而是如果有问题或是有值得讨论的发现，需要主动找教授开会。因此，在这里积极学习是研究动力的来源。再者，我觉得这里与教授或是学长姐的相处模式非常欢乐，常常在中午的时候教授会与学生一起吃饭，或是有时候会一起享用生日蛋糕庆生。我记得由于我的指导教授有来过台湾几次，像是参加Conference或是旅游，所以有时候会跟老师聊聊对于台湾的印象以及出游的趣事。
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实验室大家一起享用蛋糕与Brecht亲调的Sgroppino帮他庆生 |
第三，我学习到做研究的方法。在与教授的会议中，主要讨论研究内容与进度安排。在研究上教授会把一个较大的研究主题切割成由简入难的多个次主题，而每一次只会研究一个次主题。基本上研究循环为与教授讨论这次子主题、研究并解决问题、与教授讨论结果，如果研究结果合理则与教授讨论下一次的子主题，以此类推。但如果结果不合理，则与教授讨论需要改进的地方，再次研究。我觉得这个研究方法很好，可以循序渐进、一步一步地研究，而不会一次研究太过于广泛而迷失了方向。
整体来说，我很喜欢根特的研究环境，还有很幸运地能够遇到热心的学长姐与教授，每次都不厌其烦地帮忙我，例如在我口试前一天的预口试，虽然我表现很差，但教授与学长姐都很细心地一个一个指正我需要修正的内容并且鼓励我明天一定会更好，让我当下赶紧重新整理思绪，遵循着大家的意见来修改我的口试内容，最后顺利完成口试。如果没有大家在预口试时提供我这么多宝贵意见，我的口试不会如此顺利地完成。非常感谢我的指导教授与实验室的大家这段时间对我的所有鼓励与支持！这一年的研究岁月里，虽然时光匆匆而逝，但所有值得回忆的点点滴滴永远留存在我心中。 【精彩内容，下期待续～】
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Liquid Crystal Group办公室 |
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Depth Camera Using Off-Axis Dual Electro-Optical Irises
Professor Jui-che Tsai
Graduate Institute of Photonics and
Optoelectronics, National Taiwan University
台湾大学光电所 蔡睿哲教授
We have developed a depth camera prototype with off-axis dual electro-optical (DEO) irises. Our DEO irises are switchable through the polymer dispersed liquid crystal, and exhibit the advantages of low cost, easy fabrication, and higher transmittance compared to the traditional liquid crystal shutters. The transmittance of our device is near 75% when the driving voltage amplitude reaches about 30 V. The principle of depth measurement of our system is based on a pair of stereo images, which are captured through the left and right irises, respectively. The depth is calculated from the shifts of features between the two images.
© 2019 IEEE
H. H. Chen, Y. X. Lai, W. C. Lee, and J. C.
Tsai, “Depth camera using high-transmittance
off-axis dual electro-optical irises,”
IEEE Photonics Journal,
Vol. 11, No. 5, 6901607, Oct. 2019.
Application of localization landscape theory and the k•p model for direct modeling of carrier transport in a type II superlattice InAs/InAsSb photoconductor system
Professor Yuh-Renn Wu
Graduate Institute of Photonics and
Optoelectronics, National Taiwan University
台湾大学光电所 吴育任教授
Localization landscape (LL) theory is applied to directly model carrier transport in a type II superlattice (T2SL) InAs/InAsSb photoconductor system. It is difficult to apply the classical Poisson and drift–diffusion (DD) model to direct modeling of carrier transport in superlattice systems because quantum effects need to be considered. With LL theory, it is possible to obtain the effective quantum potential seen by carriers. By coupling LL theory with the Poisson– DD model and replacing the traditional conduction and valence potentials with effective quantum potentials, it is possible to directly model carrier transport in a T2SL system. We compare the results of this approach with experimental results and find very good agreement, which indicates that this method will provide an efficient tool for T2SL design.
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Fig. 1. (a) The structure of the photodetector. (b) Comparison of LL+Poisson–DD solver and Poisson–DD solver with bias of 0.5 V. (c) Responsivities at 210 K, 230 K, and 295 K. |
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论文题目：高速垂直共振腔面射型激光之光电特性探讨与优化
姓名：彭俊谚 指导教授：吴肇欣教授
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本论文探讨短波长850奈米红外光高速垂直共振腔面射型激光组件特性与优化制程。透过数学理论、优化制程、光学特性与调变优化等方式，探讨高速激光改善方向与方法。文章共分成六章，包含了激光发展历史、讯号模型与萃取、制程优化改善、光学特性分析与优化高温下调变格式等五个部分。首先，第一章将简单介绍面射型激光的发展历史与近代激光的发展轨迹，并描绘现代激光的发展进程与高速激光发展方向。根据这个方向，我们在第二章重新检视高速激光在速率方程式与小讯号模型(如图一)上的影响关键，并建立标准萃取流程。第三章，将透过杂质参杂诱发晶格失序的方式减低镜面电阻并提高注入效率。实验中，透过分析特征温度、理想因子与组件频宽，描述通过制程改善前后的组件特性差异(如图二)，并利用眼图进行特性验证。此外，考虑到耦合效率对于讯号质量的影响，第四章中将藉由光学场型与光学频谱，探讨面射型激光发散角对于光学场型的分布，并解析热效应对组件的实际影响。透过前面章节，我们注意到高温对于激光的影响非常严重，因此如何对抗温度的影响是非常重要的议题。为了克服这个问题，本论文除了采用常见的温度补偿型激光进行实验，也在第五章中利用多频正交分工的调变格式进行传输优化；透过多频正交分工，我们成功达成高温50 Gbps的传输结果。
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图一、小讯号模型与高速面射型激光结构 |
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图二、杂质参杂诱发晶格失序之面射型激光 |
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— 资料提供：影像显示科技知识平台 (DTKP, Display Technology
Knowledge Platform) —
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整理：林晃岩教授、吴昕妤 —
小型交换器网络
电浆子和机械致动的结合，是否可能成为与互补金属氧化物半导体电子产品兼容，用以制作可快速切换并具有低光损耗之微型可重构光学集成电路的解决方案呢？来自瑞士、瑞典和美国的科学家合作之最新研究发现显示确实是如此。克里斯蒂安．哈夫纳（Christian Haffner）及其同事在《科学》杂志（Science 366, 806–864; 2019）中所发表的文章，报导了微米级盘状电浆子结构具有微小的悬浮金膜，在静电力作用下，其变形可用于构建在波导之间传递红外光信号的光电开关。重要的是，这些微小的组件（占面积约为10μm2）具有较低的光学插入损耗（通过端口的0.1 dB，通过分支端口的2 dB），上升和下降切换时间分别为60 ns和100 ns，开和关状态之间的光学对比度为90％。
该开关在二氧化硅基板上制造，由40 nm厚的金薄膜组成，该金薄膜部分悬浮在硅盘上，形成一个小气隙的电浆子波导。开关位于两个正交硅波导之间的交界处，以便于耦合到每个正交硅波导。只有当电浆子开关与入射光信号的波长共振时，光会从一个硅波导切换到另一硅波导，从而发生耦合；否则，光会沿其原始波导继续传播。在0-1.4 V的范围内更改施加到设备的电压会产生静电力，该静电力会导致金膜变形，从而改变气隙波导的大小和设备的共振波长，从而使其转变为共振或非共振状态。电光开关在大约1550至1560 nm的通讯波长下工作，对于1.4 V的驱动电压和0.2 V的12 nW的驱动器，估计的功耗约为600 nW。
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图一、传输红外光信号的光电开关(来源: Haffner, C. et al) |
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图二、伪色扫描电子显微镜图像和测得的组件性能。（A）透视图和传输光谱。微小腔体体积导致自由光谱范围（FSR）=45 nm。（B）聚焦离子束横截面。已经实现了35或55 nm的气隙（z0）。间隙长度为600 nm。插图显示了在间隙中最强的模拟光场。Enorm，电场的绝对值；a.u.，任意单位。 |
该团队认为，制造这样的交换网的大数组应该是可行的，从而实现一个光子平台，以构建用于电信或光神经网络的密集光交换结构，以用于深度学习。作者在论文的最后部分作总结道：「这些开关可以构成光场可编程门阵列的构建基石，并引发类似于过去几十年电场可编程门阵列实现的技术革命。」「例如，可以将200个开关及其电气驱动器集成在与一根人的头发的横截面一样小的区域上。」
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参考资料： |
[1] Oliver Graydon, “Miniature switch fabric,”
Nature Photonics volume 14, 6 (2020)
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0575-3
DOI: 10.1038/ s41566-019-0575-3
[2] Christian Haffner, Andreas Joerg, Michael Doderer, Felix Mayor, Daniel Chelladurai, Yuriy Fedoryshyn, Cosmin Ioan Roman, Mikael Mazur, Maurizio Burla, Henri J. Lezec, Vladimir A. Aksyuk, Juerg Leuthold, “Nano–opto-electro-mechanical switches operated at CMOS-level voltages”
Science 366 (6467), 860-864, 2020
https://science.sciencemag.org/content/sci/366/6467/860
DOI: 10.1126/science.aay8645
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