第162期 2020年5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:2020.05.30
 
 
     

~ 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

【之七】

撰文:光電所博士班 李盼

此次參加第十二屆海峽兩岸光電科技博士生論壇,臺大光電所共有10位碩、博士班學生與會,大陸高校除了南京大學的18位碩、博士生,還有邀請江蘇省內鄰近學校包括東南大學、南京航空航天大學、南京師範大學以及蘇州大學的學生參加,共計22位大陸高校學生參與此次交流活動。另外還有邀請之前以博士生身份參加論壇,此時已是博士後研究員、副教授等身份的幾位嘉賓參與。第一天晚上抵達住宿酒店辦理論壇報到,第二天上午是論壇開幕式,由雙方師長及長官致辭,第二天下午以及第三天全天則是由與會的碩、博士生陸續上臺報告,後續兩天為參訪活動。

在學生的報告部分,大陸同學在自我介紹時會習慣說來自某某老師課題組,聽南大的同學解釋,大陸高校一位教授團隊裡一般還會有幾位副教授、正副研究員或高級工程師等,其中由學術委員會聘為碩士生導師、博士生導師的老師才會有招收研究生的名額,指導碩士研究生或博士研究生。臺大的同學則習慣說來自某某老師實驗室,一間實驗室團隊只有一位教授,可以指導碩士生和博士生。報告期間可以明顯感覺到學術上許多名詞翻譯的差異,大陸和台灣的用詞,如硅和矽、等離子和表面電漿、空穴和電洞等,閉幕式上黃建璋所長還特別用心地整理了兩岸師生在學術報告上的用詞差異,做成表格分享給大家。

第一天的論壇歡迎晚宴上,臺大的同學與大陸的同學經過一天的交流逐漸熟識起來,座位也完全打散交錯。由於大陸幅員遼闊,學生來自四面八方,大家交流常會問的一個問題是對方來自哪裡。交談的南大博士生中,江蘇籍居多,還有來自福建、四川、山西、山東、安徽等地的同學。我在活動中意外遇到和我同一所高中、同一屆高中畢業的南大博士生,以及一位南大博士班畢業的副教授,和我就讀同一所大學、同一個科系,不由得驚歎世界好小。

 實驗室參訪由南京大學的幾位博士生同學和龔彥曉老師帶領,並順帶參觀南京大學鼓樓校區的校門、主樓、禮堂等景點。參觀的實驗室為南京大學固體微結構國家重點實驗室,由於光學實驗較多,因此可以看到許多光學桌。實驗室為無塵室,裡面非常乾淨、整潔。參觀實驗室時還發現有一面牆上掛著許多份印出來的paper,其中不乏先進材料(Advanced Materials)、物理評論快報(Physical Review Letters)、自然通訊(Nature Communications)等頂級期刊的文章,掛在顯著位置以激勵自己或他人。大陸同學在講發表的期刊文章時常會提到發表的是幾區的文章,經過請教後得知是按照中國科學院的分區方法。中國科學院首先將JCR中所有期刊分為數學、物理、化學、生物、地學、天文、工程技術、醫學、環境科學、農林科學、社會科學、管理科學及綜合性期刊13 大類,然後將13大類期刊分為4個等級,即4個區,按照各類期刊影響因子劃分,前5%為該類1區、6%~20%為2區、21%~50% 為3區,其餘的為4區。其中1區和2區雜誌很少,雜誌品質相對也高,基本上都是本領域的頂級期刊,類似臺大光電所博士論文計點準則的頂尖及傑出期刊、優良期刊、其他SCI/SCIE期刊的劃分。在大陸攻讀博士班人數日益增多、競爭逐漸激烈的大環境下,發表高水準期刊文章不僅有利於早日畢業,還可以憑藉發表的期刊文章申請許多獎學金,當然對找工作特別是教職也尤為重要,最近就有一位南大畢業的博士憑藉兩篇Nature Commucation拿到了河海大學副教授的職位。

 緊湊的研討會與參訪活動結束後,最後一天下午迎來返程時刻,大家帶著滿滿的回憶,坐上了去機場的巴士。雖然只有四、五天的時間,雖然不捨,終究還是要離開。感謝南京大學師生的盛情款待,也感謝臺大光電所提供此次交流機會,讓我增廣見聞,期待未來兩岸師生可以有更多的交流與合作。

 

【之八】

撰文:光電所碩士班 徐翊喬

每到秋冬之際,就是一年一度兩岸光電科技博士生論壇舉辦的時候。時光荏苒,論壇在臺灣大學楊志忠教授、南京大學祝世寧院士以及許多曾經與會者的默默耕耘下來到了第十二屆。不僅在學術方面互相交流,也在文化、友誼等許多方面互相體會與認知。在一個機緣下,我這次以碩士生的身分來參加博士生論壇,心裡雖然緊張卻也帶著一股期盼。一到南京,馬上體會到的就是這裡室外溫度就像走進冷凍庫一樣,但是南京大學同學們的熱烈歡迎讓還在冷風中恍神的我有了終於要開始這次南京之旅的感覺。

在論壇中一方面聆聽各個學校同學的報告,一方面在休息時間可以跟南京大學的同學有更深入的交流。在交流的過程中,很大的收穫來自每個同學所鑽研的領域都不太相同,所以接觸的面向多,從而能得到不同的反饋。對於我來說,不管是在報告抑或是當一個聆聽者都有很多很深的收穫,多的是思考面向多元,深的為問題核心的深入。在聊天中也發現許多南京大學的同學都會「翻牆」到外部網路觀看Youtube之類的影音平台影片或是利用Google搜尋引擎來蒐集資料,特別是台灣Youtube創作者的影片,例如館長、蔡阿嘎等。當然,臺大的同學也觀看了許多對岸「視頻」,華農兄弟、美食作家王剛、大祥哥等,都是彼此討論熱烈的話題,而彼此間的友誼就在這一來一往的交集中萌芽。

後來的四、五天,在前幾天的「暖機」後,彼此的話匣子更是合不起來,參訪的過程中,博士生論壇交流時較緊繃的心情也慢慢卸下。在聊天的過程中發現他們讀博士的時間長度出乎意料的短,如果是逕讀博士的話碩士加博士總共只要五年,比起現在台灣博士班通常念個四、五年或者動輒六、七年,難怪他們念博士的意願比較高,我想這一部分也是關鍵原因。另外一個因素為他們博士班比較容易找工作,令我印象最深的是,我有跟一位副教授聊天,他不久前還在參加兩岸光電博士生論壇,現在已經當到副教授了,我想這在台灣是比較難發生的,因為在台灣博士要找到教職工作已經很難,那麼快速就升至副教授這個職等簡直是天方夜譚。仔細思考了一下,我想也許中國大陸地大物博,資源多,所需的人才也多,也是兩岸博士未來發展差異較大的原因之一。

在這趟行程中,看了很多、聽了很多、也學了很多,透過這個機會認識很多光電所博士班學長,也趁此大好機會詢問讀博士班的想法,我想,就把這些經歷當作未來持續邁進的養分吧!

 

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 ~

【之六】

撰文:光電所碩士班 孟慶棠

異國同學的友誼(二)

熱愛運動的我,常常利用空閒時間去健身房或去Blaarmeersen公園打網球。我們常常會固定每幾個禮拜約一次網球球聚,手續是需要提前上網預約時段並提前到櫃檯進行繳費確認,即可開始打網球。室內硬地一個小時價格為10歐,而室外紅土則是5歐。由於比利時冬季時間很長,因此大部分的時間僅可預約室內球場。場地的整體設施非常完善且整理得很乾淨,另外球員的更衣間、淋浴間、置物間等也非常舒適、充足。有幾次我們打完網球後,便在網球場旁的咖啡廳一起聊天、說笑,真是一段很美好的網球時光。

 圖一、與朋友歡樂打網球

根特是一個蘊含許多美麗河道的城市,因此划船運動便是主要的一項休閒娛樂。當氣候開始漸暖時,我們便提前預約划船項目,然而此項運動大約可以分成單人或雙人橡皮艇、多人木筏船。我覺得最有意思的是很多事需要自己來做,唯有親自從事過才會知道樂趣所在。當我們在同遊多人木筏船時,突然間船沒有動力了,我們嘗試用了很多方法但是船還是無法發動,經過多次的討論後,最後只能打電話給負責人求救。此次突如其來的意外也是一種很特別的人生體驗。

圖二、根特划船

隨著期末考漸漸結束,由於我的朋友們大部分是Erasmus的學生,他們結束這一年在根特大學的學業,就會返回各自的國家繼續求學或是上班,而我因為研究沒趕上第一梯口試時間,必須等到第二梯口試,意味著我必須與我的朋友分離並獨自在宿舍待上2個多月。猶記得七月初時,學生們忙著整理行李、辦理退宿以及許許多多該辦的離開事項,同時也把握最後剩下的時間聚在一起,當時整個宿舍都瀰漫著依依不捨的氣氛,大家互相倒數誰會是下一個要離開並辦歡送會來道別。畢竟除了把握當下,誰知道下次見面又是在什麼時候呢?

 圖三、離別大合照

學期結束後的宿舍變得異常冷清,平常大家一起聚餐的歡樂時光、西班牙式的瘋狂派對、晚間宿舍走廊的深夜長談等漸漸消失,取而代之的是打掃阿姨清理宿舍的聲音以及課業與研究的壓力。這段時間我的心情無比低落,常常有時候靜靜地思考著,人的一生能碰到這麼難得、志同道合的朋友,真的是非常難能可貴,但現實上再美好的緣分,終究難免一別。人生苦短,如果能把握當下、活出生命的精采並愉悅地分享給身邊周遭的人、帶給他們快樂,創造屬於自己生命的價值,生活將會過 得無比幸福與充實!【精彩內容,下期待續~】

 

 

 
     
 
 

 

Development of fast-response VA-FFS liquid crystal mode for VR/AR applications

Professor Wing-Kit Choi

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 蔡永傑教授

We have recently proposed to use new and novel 3D electrode design to improve the performance of VA-FFS liquid crystal (LC) mode, which has been actively developed for VR/AR applications in recent years [1-2]. By using 3D design, we have found that it could help improve the potential transmission, response speed and stability in these VA-FFS LC devices as a result of newly generated electric field profiles in the LC layer and having more “virtual walls” surrounding an LC domain. Recently, we have further investigated the effects of positive and negative LC dielectric anisotropy. We found that positive can have faster response time whereas negative LC can have higher transmission. We also found that negative LC can have a much more complicated switching mechanism and less stable “virtual walls” compared to the positive LC and hence resulted in slower response time. By using our new 3D electrode, we found that it could help bring the response time of negative LC closer to that of positive LC as a result of having more symmetrical electric fields generated. All these new findings and discoveries can help the future development of VR/AR which requires very fast response time of LC and have recently been reported in Optics Express [1].

The concept of “virtual walls” or “self-imposed boundaries” in VA-FFS LC, which is originated from W.K. Choi and S.T. Wu’s US Patent [3], has been actively employed by academics and industries (e.g. JDI and SHARP, Japan) for developing their latest fast-response LC devices for VR/AR technology in recent years [1].

[1] Wing-Kit Choi, Chih-Wei Hsu, Chia Hsiang Tung and Bo-Kai Tseng, “Effects of electrode structure and dielectric anisotropy on the performance of VA-FFS LC mode,” Optics Express, vol.27, No.23, pp.34343-34358, Nov. (2019)

[2] Wing-Kit Choi, Chia-Hsiang Tung and Bo-Kai Tseng, “Fast-Response VA-FFS liquid crystal mode using 3D electrode design,” Display week - SID Digest, vol. 48, Issue 1, pp 1838–1840 (2017)

[3] Wing-Kit Choi and Shin-Tson Wu, “Fast response liquid crystal mode US Patent 7298445 B1 (2007)

 

Fig. 1. Electrode structure of (a) 2D VA-FFS LC and (b) 3D VA-FFS LC at voltage-on state

Fig. 2. Comparison of turn-on process and top-view profiles between (a) positive and (b) negative LC with 2D and 3D electrode. Note that with negative LC in 2D it takes longer time to turn on (become brighter).

Fig. 3. The LC direction distribution profiles at ON-state for (a) positive and (b) negative LC in 3D electrode design. Circled regions correspond to the disclinations or “virtual walls” regions.

 

Quantitative Blood Flow Imaging with Optical Coherence Tomography Angiography

Professor Hsiang-Chieh Lee

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 李翔傑教授

Optical Coherence Tomography (OCT) provides real-time and cross-sectional images of in vivo tissue architectural information without requiring exogenous contrast agents. Recently, the functional extension of OCT technology has been an emerging research topic, promising to further boost various medical applications with OCT. Particularly, studies have demonstrated the use of either optical micro-angiography (OMAG) or OCT angiography (OCTA) technique to identify the subsurface volumetric microvascular information of the biological tissues in vivo by measuring the variation of the intensity or the phase of the OCT signals between neighboring A-scans or B-scans of the structural OCT images. Due the flowing nature of the red blood cells with the microvascular network, it results in the variations of the OCT signal aforementioned when compared to the static scattering characteristic of the surrounding tissues. When compared to microvascular imaging techniques, for example, fluorescence angiography with the indocyanine green (ICG), OCTA, or OMAG exhibit several advantages, including high imaging contrast, free of exogenous contrast agents, high temporal and spatial imaging resolution. However, it has been challenging to provide blood flow information in the OCTA images.

Therefore, our group has developed and implemented the variable interscan time analysis (VISTA) algorithm to provide the relative blood flow information on the OCTA images generated. Also, in order to perform more comprehensive hemodynamic information of the imaged tissue, we have developed an OCT instrument allowing OCT and OCTA images of the mouse ear skin model with two different A-scan or axial (depth) scan speeds, 100 kHz and 200 kHz. Figure 1 shows the projected en face OCTA images of the mouse ear skin with an effective interscan time of 12.5 milliseconds (ms) and 25 ms by using the swept source laser either with an A-scan rate of 100 kHz or 200 kHz. The longer effective interscan time, the more blood vessels are identified, as marked by orange arrows in Fig. 1(a) and Fig. 1(b). The OCT system with a higher detection sensitivity with a lower speed swept source laser is sensitive to detect tiny signals marked by the red arrows shown in Fig. 1(a) compared with Fig. 1(c). Fig. 1(d) shows a color-coded OCTA image where red and blue color indicates blood flow with a relatively high and slow flow speed, respectively, by using the VISTA algorithm and scanning protocol.

Fig. 1.En face OCTA image of the mouse ear skin with (a) 12.5 ms, (b) 25 ms by 100 kHz swept-source laser, and (c) 12.5 ms by 200 kHz swept-source laser, (d) color-coded OCTA image with 12.5 ms and 25 ms by 200 kHz swept-source laser. Colors in speed: high-speed blood flow, red; intermediate speed blood flow, green, low-speed blood flow, blue. Scale bar: 1 mm

 

     
 
 
論文題目:以化學氣相沉積法製備石墨烯與光電元件應用之研究

姓名:程琮欽   指導教授:吳志毅教授

 

摘要

本論文中展示石墨烯轉印可視化系統,藉由聚對苯二甲酸乙二酯結合靜電吸附層之固定物與石墨烯接觸之邊界吸附所形成的固定邊界條件,可以有效地抑制單層石墨烯在轉印工序中於銅濕蝕刻製程裡所形成之石墨烯裂縫。同時,此可視化系統可同步觀察到無須高分子聚合物輔助之石墨烯轉印過程中石墨烯裂縫形成的行為。接著,研究以高溫化學氣相沉積法製備高品質石墨烯之最佳條件,單層石墨烯最佳生長條件為溫度1000 °C,壓力1.0 torr以及氣體流量分別為甲烷:氫氣:氬氣=60:90:30。以拉曼光譜系統分析,2D/G強度比可達3倍並且無缺陷之8 cm × 2.5 cm高品質石墨烯。此石墨烯轉印後所得之面電阻值與材料穿透率分別為120.4 ohm/sq,97.35%。

最後,將此技術應用於光電元件:1、單層石墨烯為陽極之濕式製程有機發光二極體元件,其光電特性在18V驅動電壓下可產生高達亮度6,500 cd/m2。2、將轉印後石墨烯製作閘極場效電晶體,室溫條件下,可量測到電洞之載子遷移率高達11,000 m2/(V•s)。

 圖一、可視化系統觀察石墨烯:(a) 銅基板上,(b) 轉印製程中,(b.2) 影像加強後圖,(c) SiO2基板上

 圖二、石墨烯於轉印製程中形成之裂縫

 


 
 
 

— 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 —

蝦眼的散射

某些類型的甲殼動物眼中的超薄反射層,已經被發現是由有機晶體的高度散射的奈米級空心球陣列所組成。這些發現(B. A. Palmer et al., Nat. Nanotechnol. 15, 138–144; 2020)可能為新型光子晶體的設計提供靈感。班傑明•帕爾默(Benjamin Palmer)和以色列各機構的同事研究了所謂的中南美白腿蝦(Litopenaeus vannamei)的複眼。反射式複眼的橫截面示意圖(如圖一所示),顯示了由異黃蝶呤奈米球組成的眼孔(透明灰色),橫紋(橙色)和絨氈層反射器(藍色)。 他們發現,在蝦眼後部靠近光子吸收性視網膜細胞的反射層,即絨氈層,是由異黃喋呤晶體的高雙折射奈米球排列而成,具有優化的層狀結構(如圖二所示)和出色的散射強度 。

圖一、反射式複眼的橫截面示意圖

圖二、異黃蝶呤奈米顆粒的動態掃描電鏡圖像

透過穿透電子顯微鏡和冷凍掃描電子顯微鏡所獲得的圖像顯示:異黃蝶呤顆粒由許多奈米級的血小板組成,這些奈米級的血小板排列在空心的同心薄片中。血小板是尺寸約50×50×10 奈米的不規則平面多邊形,並形成平均直徑為330奈米和殼厚度為70奈米的空心球。

生物的異黃蝶呤是雙軸晶體,沿a、b和c方向具有三個主要折射率:na = 1.40,nb = 2.02和nc = 1.90。奈米顆粒由單晶異黃蝶呤板組成,各個血小板的a軸從球體表面徑向突出,形成球對稱的雙折射顆粒。結果,異黃蝶呤顆粒表現為面內尋常折射率(no)為1.96(nb和nc的平均值)和面外特殊折射率(ne)為1.40的單軸材料。

使用改良的米氏散射理論計算異黃蝶呤顆粒的後向散射效率,發現雙折射奈米粒子的後向散射效率約為有效各向同性材料的後向散射效率的兩倍(折射率等於 na,nb和nc的平均值)。最有趣的是,在厚度為70 奈米的情況下,以最少的材料獲得了最大的反向散射效率,這相當於實驗觀察到的殼厚度。該設計被認為可以最大限度地提高蝦眼睛的靈敏度和敏銳度。

帕爾默說:「我們的發現為絨氈層的光學功能提供了合理的依據,並為開發以前從未探索過的,由球對稱雙折射粒子製成的光子材料提供了靈感。」

 

 

參考資料:

[1] Noriaki Horiuchi, “Shrimp eye scattering,” Nature Photonics volume 14, 200 (2020)

https://www.nature.com/articles/s41566-020-0611-3

DOI: 10.1038/ s41566-020-0611-3

[2] Benjamin A. Palmer, Venkata Jayasurya Yallapragada, Nathan Schiffmann, Eyal Merary Wormser, Nadav Elad, Eliahu D. Aflalo, Amir Sagi, Steve Weiner, Lia Addadi, and Dan Oron, “A highly reflective biogenic photonic material from core–shell birefringent nanoparticles,” Nature Nanotechnology 15, 138–144 (2020)

https://www.nature.com/articles/s41565-019-0609-5

DOI: 10.1038/ s41565-019-0609-5

   
 
 
 
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