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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：2020.03.30 |
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～ 與南京大學（Nanjing
University）博士生交流活動 2019 系列報導 ～
【2019
第十二屆海峽兩岸光電科技博士生論壇】
（時間：108年11月18日至11月22日；地點：南京大學）
【之三】
撰文：光電所博士班 楊騰毅
這次非常開心能有機會參加「2019 第十二屆海峽兩岸光電科技博士生論壇」。我去年也有參加過，在不同領域的理論和科技技術交流中獲益良多，跟許多同學交換不同的想法，報告後也獲得許多寶貴建議，更重要的是認識許多南京的朋友們，非常感謝去年南京大學的同學來台熱情參與。因此今年收到所辦的通知時，非常開心能再次參與兩岸光電科技博士生論壇。
抵達南京當日，剛至機場就受到南大的老師和同學們熱烈歡迎，很溫馨地幫我們準備熱飲和三明治，儘管戶外低溫，但因有他們的熱情，覺得格外溫暖和感人。
這個論壇的成立很不容易，很感謝當年臺大的楊志忠教授和南大的祝世寧院士發起，創辦兩岸博士生論壇，包含了學術交流、實驗室參訪以及文化交流。這次參與的學校也是歷屆最多的，與會師生分別來自臺灣大學、南京大學、蘇州大學、南京航空航天大學、東南大學、南京師範大學、南京理工大學、蘇州科技大學、南京郵電大學、日本國立物質材料研究機構等校。
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南京大學祝世寧院士 |
臺灣大學楊志忠教授 |
在開幕致辭時，楊志忠教授曾提到，歷經數年，看到了臺大和南大同學的改變進步，以前兩邊學校的風格在兩端，一端是偏純理論，另一端是偏應用，但經過幾屆交流，發現彼此慢慢往中間靠近，做純理論的會開始搭配實作做驗證，做應用的會開始用理論來輔佐說明，這同時也在論壇中令我印象深刻。當我聽到很多理論分析時，自己也開始思考和參考，是不是我也可用理論去輔助推測下一個要進展的方向、可以使用的方式有哪些，彷彿眼前的路突然開展，也比較明晰知道最適合的方式可能有哪幾種，預計可能的結果，避免走冤枉路。
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博士生報告 |
提問時間 |
雖然大家的領域不同，差異很大，但我很喜歡不同領域的想法激盪交流，因為往往在自己的領域，能想到的方法會有侷限，但透過不同的角度去看，例如從理論或技術，有時會發現新方向，有種柳暗花明又一村的感覺，在來來往往討論過程中，創新以及突破就得以顯現。
另外，在報告的時候會發現其他人對於自身的研究領域，用什麼樣的邏輯、解決方式，以及假設檢驗，不同的設計能刺激我的思路，讓我不會只用慣性的角度去看待一件事情，而趨向用全面角度去探究更深奧的領域。每一個人就像不同的書，仔細研讀，會看到不一樣的優點，感覺研究就像是大海一樣，不管怎麼探究都不會窮盡。
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閉幕式意見交流 |
邀請報告 |
論壇中最有趣的地方是對於同一個英文單字，雙方翻譯有所不同，譬如說 「plasma」，大陸叫做「等離子體」，臺灣稱為「電漿」，在初步聽介紹的時候，一時會轉不過來，但聽久了就覺得很有意思，會發現不同的翻譯強調的重點不同，有些是為了強調特性，有些是音譯。在吃飯的時候，我們這邊會講說「道地」的菜，那邊則是說「地道」的菜，雖然講法不同，但不影響雙方溝通，也在聊天過程中增添不少趣味。
在南京的文化參訪也是讓我非常驚艷。剛到南京最驚訝的是看到「南京明代城牆」，盤據座落南京市裡，其中一段城牆，有玄武湖做護城河，玄武湖是江南三大名湖之一，有荷花、還有楊柳垂柳於岸邊，許多文人到玄武湖，也是被這景色所吸引，創作了不少跟玄武湖相關的詩篇。南京的竹林也是非常有名的景點，空氣非常清新，很適合繁忙研究之餘，在大自然沈澱。
這次博士生論壇收穫許多，不只是學術知識學習、文化交流，也很謝謝南京的教授們、金老師、南大隊長蘇光旭以及南大的同學熱情招待，另外也很感謝臺大的夥伴們裕展、雋宇、俊遠、庭皓、李盼、智偉、景荏、嘉均、翊喬一起互相配合合作，期許我們透過這次的交流，讓研究通往新的高峰。
【之四】
撰文：光電所博士班 黃雋宇
兩岸光電科技博士生論壇是臺大光電所以及南京大學物理學院一年一度的重要學術交流活動，兩岸光電科技博士生論壇的濫觴是於2008年由楊志忠教授以及祝世寧院士促成，從此開啟了長達十餘年的學術交流，不僅僅是論壇上的交流，更有實質上的合作。在本次會議中，南京大學方面總共有20餘位學生參加，臺灣大學則總共有10位學生與會。並且這次活動南京大學方面不僅有南京大學的同學參加，還有許多在江蘇省的同學一起參與。參訪第一天我們到了南京江北新區，台灣知名企業台積電南京廠即設廠在此。這次的會議地點不像以往是在南京大學校區，而是移到了飯店中。
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楊志忠教授致辭 |
這次的論壇不僅僅是一個學術上的交流活動，更是一個良好的學習機會。和以往的會議或者論壇不同，兩岸光電科技博士生論壇是由雙方學生共同籌劃完成，南京大學的學生以及臺灣大學的學生皆有令人印象深刻的表現。臺灣大學光電所的學生以及南京大學物理學院的學生在研究領域相去甚遠，臺大方面的研究領域，由於相關產業結構的關係，研究領域較為著重於半導體產業、光學系統設計以及發光二極體的製程或者理論的研究，南京大學方面則是著重於物理方面的研究，例如光子對的研究、生物物理以及量子物理的研究，並且在研究的範疇較為廣泛。在會議中雙方學生也因此能夠與不同領域的博士生討論並且吸取新知，在交流中激發出不一樣的想法以及新的點子。南京大學有很多前瞻的物理研究，例如有團隊做單個量子光學的應用，也有做有機材料/鈣鈦礦材料的量子點研究，雖然這些研究課題目前還難以應用到實際的元件或者工程上，但卻是探討其物理基本性質的重要資訊，這也是雙方最主要的差異。在課題的探討上，臺灣大學的報告內容偏向於半導體以及元件的應用及製作，而南京大學部分則是偏向材料本身的物理性質，以及針對一些前瞻的物理特性進行探討。由於本質上還是探討物理的問題，雖然沒辦法完全理解對方所做的研究，但是聽他們的演講也能夠激發一些想法以及點子來運用在自己的研究領域上。
總結來說，我在這兩天的交流中學習到很多東西，也認識了很多人，希望在未來的研究上能夠有所合作。
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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 ～
【之四】
撰文：光電所碩士班
孟慶棠
研究
在還沒抵達根特之前，我已詢問根特EMSP的承辦人關於碩士論文題目的問題，差不多在抵達前一週，我便收到這一年碩士論文題目的清單，差不多有50至60個題目，裡面會提到每一個研究題目的Promoter、Supervisor、起源、目的以及從事研究的地點。由於我這一屆在根特大學僅有兩位碩二生，因此不需要排志願序，而是直接與教授約時間面談。
我最後選擇在Liquid Crystal Group從事研究，我的題目是「Efficient High Angle Beam Steering using a Spatial Light Modulator」，於空間光調製器的光學系統中，目標提高較廣的繞射角度之繞射效率。我的研究歷程為一開始與教授面談了解研究主題、文獻回顧、模擬設計、實驗製作、分析實驗結果、撰寫論文以及準備口試。我大約在11月初的時候確定實驗主題，由於上學期大部分的時間都在課業上，因此研究上以查閱文獻與模擬設計為主。之後在聖誕假期前一週與指導教授及學長姐進行第一次期中報告，主要說明自己安排的研究進度、研究方向以及目前的研究進展。我覺得這算是一個很好的提前口試訓練，因為報告大綱與真實口試類似，以及藉由教授與學長姐的回饋，可以知道往後研究需要修正的方向。
下學期主要以研究為主，我在時間的規劃上，一月至五月以模擬設計為主，接著從六月至九月則是一邊做實驗、一邊撰寫論文。在實驗方面，我主要跟一位博班學長Brecht一起做實驗，非常感謝學長耐心地教導我實驗規劃與量測實驗數據，最後能夠如期地完成論文。
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口試完與Brecht在實驗室合影 |
口試有兩梯次，分別為六月底與九月初，口試生只能參加其中一場，第一梯次共兩天分別在根特大學與布魯塞爾自由大學舉辦，第二梯次由於只剩下根特的碩士生，所以僅於根特大學舉辦。另外，所上的學生都需要出席口試。我在口試的時候，場內有我們Group的教授與學長姐、所有的光電所碩士生以及對我的研究主題有興趣的學生與教授，差不多25人左右。口試報告為20分鐘，Q&A大約20多分鐘。基本上，在場的所有人都可以發問，最後由評委與指導教授開會討論決定學生的分數。口試結束後，成績不會馬上公佈，而是等到最後學期成績一併公佈，然而當下我的指導教授有跟我私下談他對於口試的感想以及提出一些建議。非常感謝我的指導教授Kristiaan Neyts這一年研究上所有的指教，使我能夠順利地通過口試。
這一年的研究中，首先，我體會到自發性學習的重要性。在這裡碩士生沒有固定的開會時間，而是如果有問題或是有值得討論的發現，需要主動找教授開會。因此，在這裡積極學習是研究動力的來源。再者，我覺得這裡與教授或是學長姐的相處模式非常歡樂，常常在中午的時候教授會與學生一起吃飯，或是有時候會一起享用生日蛋糕慶生。我記得由於我的指導教授有來過台灣幾次，像是參加Conference或是旅遊，所以有時候會跟老師聊聊對於台灣的印象以及出遊的趣事。
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實驗室大家一起享用蛋糕與Brecht親調的Sgroppino幫他慶生 |
第三，我學習到做研究的方法。在與教授的會議中，主要討論研究內容與進度安排。在研究上教授會把一個較大的研究主題切割成由簡入難的多個次主題，而每一次只會研究一個次主題。基本上研究循環為與教授討論這次子主題、研究並解決問題、與教授討論結果，如果研究結果合理則與教授討論下一次的子主題，以此類推。但如果結果不合理，則與教授討論需要改進的地方，再次研究。我覺得這個研究方法很好，可以循序漸進、一步一步地研究，而不會一次研究太過於廣泛而迷失了方向。
整體來說，我很喜歡根特的研究環境，還有很幸運地能夠遇到熱心的學長姐與教授，每次都不厭其煩地幫忙我，例如在我口試前一天的預口試，雖然我表現很差，但教授與學長姐都很細心地一個一個指正我需要修正的內容並且鼓勵我明天一定會更好，讓我當下趕緊重新整理思緒，遵循著大家的意見來修改我的口試內容，最後順利完成口試。如果沒有大家在預口試時提供我這麼多寶貴意見，我的口試不會如此順利地完成。非常感謝我的指導教授與實驗室的大家這段時間對我的所有鼓勵與支持！這一年的研究歲月裡，雖然時光匆匆而逝，但所有值得回憶的點點滴滴永遠留存在我心中。 【精彩內容，下期待續～】
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Liquid Crystal Group辦公室 |
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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
臺灣大學光電所 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
臺灣大學光電所 吳育任教授
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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論文題目：高速垂直共振腔面射型雷射之光電特性探討與優化
姓名：彭俊諺 指導教授：吳肇欣教授
| 摘要 |
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本論文探討短波長850奈米紅外光高速垂直共振腔面射型雷射元件特性與優化製程。透過數學理論、優化製程、光學特性與調變優化等方式，探討高速雷射改善方向與方法。文章共分成六章，包含了雷射發展歷史、訊號模型與萃取、製程優化改善、光學特性分析與優化高溫下調變格式等五個部分。首先，第一章將簡單介紹面射型雷射的發展歷史與近代雷射的發展軌跡，並描繪現代雷射的發展進程與高速雷射發展方向。根據這個方向，我們在第二章重新檢視高速雷射在速率方程式與小訊號模型(如圖一)上的影響關鍵，並建立標準萃取流程。第三章，將透過雜質參雜誘發晶格失序的方式減低鏡面電阻並提高注入效率。實驗中，透過分析特徵溫度、理想因子與元件頻寬，描述通過製程改善前後的元件特性差異(如圖二)，並利用眼圖進行特性驗證。此外，考慮到耦合效率對於訊號品質的影響，第四章中將藉由光學場型與光學頻譜，探討面射型雷射發散角對於光學場型的分佈，並解析熱效應對元件的實際影響。透過前面章節，我們注意到高溫對於雷射的影響非常嚴重，因此如何對抗溫度的影響是非常重要的議題。為了克服這個問題，本論文除了採用常見的溫度補償型雷射進行實驗，也在第五章中利用多頻正交分工的調變格式進行傳輸優化；透過多頻正交分工，我們成功達成高溫50 Gbps的傳輸結果。
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圖一、小訊號模型與高速面射型雷射結構 |
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圖二、雜質參雜誘發晶格失序之面射型雷射 |
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資料提供：影像顯示科技知識平台 (DTKP, Display Technology
Knowledge Platform) —
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整理：林晃巖教授、吳昕妤 —
小型交換器網路
電漿子和機械致動的結合，是否可能成為與互補金屬氧化物半導體電子產品兼容，用以製作可快速切換並具有低光損耗之微型可重構光學積體電路的解決方案呢？來自瑞士、瑞典和美國的科學家合作之最新研究發現顯示確實是如此。克里斯蒂安‧哈夫納（Christian Haffner）及其同事在《科學》雜誌（Science 366, 806–864; 2019）中所發表的文章，報導了微米級盤狀電漿子結構具有微小的懸浮金膜，在靜電力作用下，其變形可用於構建在波導之間傳遞紅外光信號的光電開關。重要的是，這些微小的元件（佔面積約為10μm2）具有較低的光學插入損耗（通過端口的0.1 dB，通過分支端口的2 dB），上升和下降切換時間分別為60 ns和100 ns，開和關狀態之間的光學對比度為90％。
該開關在二氧化矽基板上製造，由40 nm厚的金薄膜組成，該金薄膜部分懸浮在矽盤上，形成一個小氣隙的電漿子波導。開關位於兩個正交矽波導之間的交界處，以便於耦合到每個正交矽波導。只有當電漿子開關與入射光信號的波長共振時，光會從一個矽波導切換到另一矽波導，從而發生耦合；否則，光會沿其原始波導繼續傳播。在0-1.4 V的範圍內更改施加到設備的電壓會產生靜電力，該靜電力會導致金膜變形，從而改變氣隙波導的大小和設備的共振波長，從而使其轉變為共振或非共振狀態。電光開關在大約1550至1560 nm的通訊波長下工作，對於1.4 V的驅動電壓和0.2 V的12 nW的驅動器，估計的功耗約為600 nW。
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圖一、傳輸紅外光信號的光電開關(來源: Haffner, C. et al) |
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圖二、偽色掃描電子顯微鏡圖像和測得的元件性能。（A）透視圖和傳輸光譜。微小腔體體積導致自由光譜範圍（FSR）=45 nm。（B）聚焦離子束橫截面。已經實現了35或55 nm的氣隙（z0）。間隙長度為600 nm。插圖顯示了在間隙中最強的模擬光場。Enorm，電場的絕對值；a.u.，任意單位。 |
該團隊認為，製造這樣的交換網的大陣列應該是可行的，從而實現一個光子平台，以構建用於電信或光神經網絡的密集光交換結構，以用於深度學習。作者在論文的最後部分作總結道：「這些開關可以構成光場可編程閘陣列的構建基石，並引發類似於過去幾十年電場可編程閘陣列實現的技術革命。」「例如，可以將200個開關及其電氣驅動器集成在與一根人的頭髮的橫截面一樣小的區域上。」
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參考資料： |
[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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