第166期 2020年9月刊
 
 
 
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:2020.09.30
 
 

本所孙启光、吴育任、黄定洧、吴肇欣、黄建璋、林恭如等教授荣获科技部「2020未来科技奖」,特此恭贺!

 

单位名称

技术名称 计划(总)主持人 计划共同主持人
国立台湾大学 倍频显微术

国立台湾大学

孙启光

 
 国立台湾体育运动大学

KarmaZone电子好球带与无标记式3D动作分析系统

国立台湾体育运动大学

黄致豪(计划总主持人

国立台湾大学

吴育任

国立台湾大学

吴沛远(子计划一共同主持人)

国立高雄科技大学

超世代1.6Tb/s硅光子光发射传输芯片

国立高雄科技大学

施天从

国立台湾大学

黄定洧、吴肇欣、黄建璋、林恭如

 

 

 

 
 

~ 2020 暑期大学生光电营 花絮报导 ~

(时间:2020年8月5日至7日;地点:台湾大学博理馆 )

 花絮整理:活动总召黄智伟

台大光电所每年暑假都会举办为期三天、从早到晚、包吃包上课的精采营队—台大光电营,这个活动是专门为对光电领域有兴趣的同学举办,旨在向学弟妹们介绍光电领域相关的知识,并介绍所上目前的发展概况,也提供申请方面的信息,对于学弟妹来说是个非常好的机会与体验!

第一天上午先由黄建璋所长为我们开启光电营的序幕,简单介绍光电科技的背景以及发展,接着则分别由蔡睿哲教授、苏国栋教授和林晃岩教授介绍激光导论、Zemax光学设计、嵌入式系统的基本原理及其产业,丰富的内容让大家对激光及光学设计有了更深入的了解。

第二天一开始由李翔杰教授介绍生医光电相关的知识,这部分是一般大学课程比较少接触到的领域,听完教授介绍,同学对生医光电领域有了初步认识。再者,相较于往年,今年的光电营着重在让来参加的同学实作,实验实作的部分分为两大类:由樊俊远助教介绍Zemax软件,并且安排简单的练习题让同学们熟悉光学系统设计及软件,另一方面由林晃岩教授及黄定洧教授设计一系列的嵌入式系统的实验,让同学们对于简单的coding和电路整合有进一步的暸解。今年做了实验课程的重大改变,获得许多同学的好评,让光电营不只是听,也能动手实际操作。

第三天由黄定洧教授介绍光通讯领域基本知识及产业发展性,光通讯在未来也扮演着相当重要的角色。接着是分组讨论的温馨时间,同学们分享着这三天活动课程的感想,虽然一开始同学们对于要做一份投影片来总结三天下来的心得有些不知所措,但是相处三天之后同学们越来越熟悉,透过讨论时间彼此之间的感情也默默地升温,最后四组的同学都呈现了完美的心得分享。相信大家都透过本次光电营更了解光电领域,也认识了来自不同学校的朋友,对大家来说是一次收获满满的营队体验。

 

 
 
 

         Formation of ceramic and crystal claddings for Ti:sapphire crystalline fiber core

Professor Sheng-Lung Huang

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 黄升龙教授

Fibers with crystalline core and clad have high potential for high power applications. When compared with the photonic crystal fibers with glass core, the single-crystalline-core fiber has, in general, a higher melting point and larger dielectric breakdown field, that make it advantageous for high power light source applications. However, most of the crystal-core fibers use glass as a cladding, which are still affected by the fringe field. Air-cladding can avoid this damage, but it induces high losses. Using ceramic or crystal cladding, power can be scaled up without damaging the fiber while keeping a low transmission loss. For single-mode structures the laser intensity and the amplified spontaneous emission can be maintained at high level, whereas for optical amplification, it is essential to use single-mode waveguiding to achieve high signal gain.

In this study, we have developed single-mode Ti:sapphire crystalline fibers, cladded by dip coating and high-temperature sintering at 1750 °C. Solid-state single crystal growth was observed at the perimeter of the crystalline core, and the growth speed along (11 ̅0) is about 2.7 times faster than that of (001). As shown Fig. 1, the grown cladding was single-crystalline as evidenced by electron backscattered diffraction and scanning electron microscopy examinations. From optical transmission measurement at 1550 nm, the far-field distribution of the transmitted light matches well with that of the fundamental mode. With a core size of 30 μm, the refractive index difference between core and clad was measured to be 1.0x10-4. From fluorescence mapping on the fiber end face, a very limited amount of the Ti3+ ions in core were diffused into the grown crystalline cladding during the solid-state growth. The realization of a fully crystalline single-mode fiber could be useful for applications where high power and/or high brightness light sources are needed.

Fig. 1. (a) EBSD end-face image of ceramic crystal cladded fiber, which was sintered for 24 hours at 1650 °C, and (b) crystal orientation map displayed in inverse pole figure coloring.

 

Reference:

T. I Yang, H. T. Liu, S. C. Wang, K. H. Chuang, T. C. Chou, and S. L. Huang, “Formation of ceramic and crystal claddings for Ti:sapphire crystalline fiber core,” Opt. Materials Express, 10, No. 5, pp. 1215–1223, 2020.

 

     
 
 
论文题目:以单载波正交分频多任务直调双/三模激光二极管建构毫米波光纤整合第五代无线通讯

姓名:王怀永   指导教授:林恭如教授

 

摘要

为了因应大容量于长距离的传输,本研究工作在于开发适用于第五代无线通讯并整合长距离毫米波光纤传输系统。在第一部分中,首先透过正交双模光载波注入锁定无色激光二极管来产生正交双模且单载波调变之双模光载波来抑制长距离所产生之色散效应并用于建构毫米波光纤有线于无线传输系统。在经过正交极化与单载波调变的优化下,被调变之64-QAM OFDM且传输位率为24 Gbit/s在经过背对背及25公里单模光纤传输下,其各自的误码率及错误向量分析分别为2.2x10-4/6.48%与2.2x10-4/7.07%。再经过1.6公尺的无线距离后,最大可传输16-QAM OFDM且传输位率为8 Gbit/s。在第二部分的研究中,透过正交注入锁定产生正交之三模且单载波调变之光载波用于建构75公里长距离之28-GHz毫米波光纤传输系统。在透过Bit-loading的技术下,透过从64-QAM至1024-QAM其最大传输位率可达88 Gbit/s。经过10公尺之无线传输后,透过正交三模光载波且单载波调变可提升最大传输位率到29.6 Gbit/s。在本研究之第三部分中,透过极弱功率注入锁定垂直面射型激光二极管来产生正交双模光载波用于建构无须本地震荡之28-GHz毫米波光纤传输系统。首先,在经过-26 dBm (2.5 μW)下注入后可产生双模功率差只有5.43 dB之正交双模光载波,除此之外,在模间噪声的分析下,经过极弱功率注入后期噪声仅提升2 dBc/Hz。在经过50公里单模光纤有线传输后,最大传输位率可达51.9 Gbit/s。在经过2公尺无线传输且透过功率侦测器达到自我降频后,透过Bit-loading技术下,最大调变频宽及传输位率可达11.1 Gbit/s。相较于使用QAM-GFDM,其传输容量可提升177.5%。

Fig. 1. 整合有线分波多任务被动光网络及第五代无线通讯之架构设计。

Fig. 2. (a) 高阶QAM调变,(b) 低阶QAM调变,(c) 位承载调变。

 


 
 
 

— 资料提供:影像显示科技知识平台 (DTKP, Display Technology Knowledge Platform) —

— 整理:林晃岩教授、卓真禾 —

激光奈米印刷

奈米粒子的3D印刷由于其广泛的应用而受到越来越多的关注。现在,美国代顿大学(University of Dayton)的Md Shah Alam及其同事展示了一种基于激光的光热机械奈米印刷(laser-based opto-thermomechanical nanoprinting, OTM-NP)方法,该方法不仅具有低于100 nm的精准度,而且还具有印刷错误校正功能。(Nano Lett. https://doi.org/10.1021/ acs.nanolett.0c01261; 2020).

OTM-NP技术利用施体基板(玻璃盖玻片上的聚二甲基硅氧烷)透过凡得瓦力维持金属(金)奈米粒子和受体基板。如图一所示,使用OTM-NP在玻璃基板上印刷10×10的100 nm金奈米粒子数组。施体基板和受体基板之间的间隙通常为1 μm。操作波长为1,064 nm的连续波激光以100 mW μm–2的光强度聚焦到金奈米粒子上。

图一、10×10的100 nm金奈米粒子数组印刷在玻璃基板上。比例尺代表1μm。

金奈米粒子吸收激光能量并加热其下方的施体基板,导致快速的热膨胀。 由于膨胀力,在聚焦的激光光束的光学梯度和轴向力的引导下,金奈米粒子从施体基板释放并向受体基板移动。当金奈米粒子到达受体基板时,它会透过凡得瓦力保持在原位。

根据报导,压印精准度优于99 nm。

可以使用OTM-NP的奈米粒子添加和去除的功能来实现印刷的错误校正。 例如,将字母‘N’(由14个200 nm尺寸大小的金奈米粒子的图案组成)压印在覆盖氧化铟锡的玻璃基板上。为了修复图案‘N’并校正奈米粒子的任何位置的误差,从字母(中间图片)中选择性地去除了三个金奈米粒子(在左侧图片中用红色圆圈标记)。然后,将两个新的金奈米粒子(在右图的蓝色圆圈中标记)添加到字母‘N’以修复该结构。奈米印刷和奈米修复都可以在一般室内环境条件下在同一平台上进行。

图二、光电热机械奈米印刷(OTM-NP)机制和添加奈米粒子印刷的示意图。

至于应用,研究人员指出,OTM-NP技术可证明对制造2D超颖表面和3D超颖材料等结构有用。

 

 

参考资料:

[1] Noriaki Horiuchi, “Laser nanoprinting,” Nature Photonics volume 14, 474(2020)

https://www.nature.com/articles/s41566-020-0672-3

DOI: 10.1038/ s41566-020-0672-3

[2] Md Shah Alam, Qiwen Zhan, and Chenglong Zhao*, “Additive Opto-Thermomechanical Nanoprinting and Nanorepairing under Ambient Conditions, ” Nano Lett. 20, 5057–5064(2020).

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c01261

DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c01261

   
 
 
 
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