第189期 2022年10月刊
 
 
 
发行人:吴育任所长  编辑委员:曾雪峰教授  主编:林筱文  发行日期:2022.10.30
 
 

本所黄建璋教授荣获「中国电机工程学会2022年度杰出电机工程教授奖」,特此恭贺!

 

 

 

 
 
9月份「光电所专题演讲」(整理:简璟)
时间: 2022年9月16日(星期五)下午2时20分
讲者: 洪翠锚编审(国立台湾大学图书馆)
讲题: 研究生不可不知的文献搜寻方法
 

本场演讲者洪翠锚编审

 

时间: 2022923日(星期五)下午220 〈※ 在线演讲〉
讲者: 曾硕彦教授(国立成功大学光电科学与工程学系)
讲题: 高容忍度光波导组件的开发
 
时间: 2022年9月30日(星期五)下午2时20分
讲者: 施闵雄研究员(中央研究院应用科学研究中心)
讲题: Toward the Practical Photonic Devices with Two-Dimensional Semiconductors
 

本场演讲者施闵雄研究员

 

10月份「光电所专题演讲」(整理:简璟)
时间: 2022年10月7日(星期五)下午2时20分 〈※ 在线演讲〉
讲者: 卢廷昌教授(国立阳明交通大学光电工程学系)
讲题: VCSEL与PCSEL面射型激光技术

 

时间: 2022年10月14日(星期五)下午2时20分
讲者: 洪勇智教授(国立中山大学光电工程学系)
讲题: 硅光子于光纤陀螺仪的应用
 

洪勇智教授(左)与本所林建中教授(右)合影

 

时间: 2022年10月21日(星期五)下午2时20分
讲者: 陈国平教授(国立清华大学光电工程研究所)
讲题: Metasurface and Plasmonics: A Platform for Strong Light–Matter Interactions
 

陈国平教授(左)与本所林建中教授(右)合影

 

~ 2022 暑期大学生光电营 花絮报导 ~

(时间:2022年8月30日至9月1日;地点:台湾大学博理馆)

花絮整理:简璟

每年的台大暑期光电营都有不同的讲课方向。我们今年着眼时下5G通讯技术,以「新世代高频及光通讯技术」为主题,向学员们讲述光通讯的相关原理与技术。第一天上午由吴育任所长开场,向学员们简介光电所的研究领域、修课建议与相关企业研究,并介绍了所上每一位老师的研究专长、成果,期能启发台下对光电研究甚感兴趣的学员,为其研究之路描绘初步蓝图。

第一天的课程为数场专题演讲。在吴所长结束演讲之后,由林建中教授阐述「Micro LED and Micro Display Technology」之原理与应用技术。而下午吴肇欣教授的「Advanced Lasers for 5G and Sensing Applications」与黄定洧教授的「光通讯技术概述」,也在事后得到学员们不少正面反馈。据营队队辅观察,部分学员已具备相关背景知识,且勇于向教授提出更进阶的问题,在双方一来一往的相互问答中,所有学员皆受惠良多。

第二天的课程则以实验课为主,总共有三门不同的实验课程:「车间可见光通讯」、「双视域光学薄膜与影像之设计制作」、「全像片拍摄实作」。我们将全部学员分为三组,每组同学可参加两场不同的光学实验。教授们亲自展演在大学阶段不曾见过的仪器与实验方法;在此过程中,学员们也努力尝试、摸索实验的方法,并在有限的时间内做出修正;甚至因过于专心投入,延误用餐时间,仍乐此不疲。另有队辅回馈:「比起大学阶段的纯理论展示,研究所更希望同学了解实验原理之后,有能力运用此技术做出不同的研究成果。」

第三天安排新创厂商分享光电技术在业界之应用,以及分享如何找工作的经验谈。这是令许多光电营学员印象深刻的上午,他们得以认识台湾光电产业的创新发展、技术突破,体会到业界不同于学术界、追求高效解决问题的立场。学员们也更理解光电相关领域仍有很宽广的发展机会,或许足以令他们开始思索,未来想追求的工作领域或研究方向。

在所有课程结束之后,我们规划了一个空白的下午,让三组学员到各自的讨论教室,沈淀这几日的上课心得与所学新知,而后进行形式不拘的报告分享。在各队队辅的引导之下,各组内部讨论进行得相当顺利,而后许多同学亦勇于尝试上台口头报告。最终,由所长颁发营队证书,并勉励学员们莫要忽视上台报告的口条技巧,未来念研究所也要持续积极讨论、精进自身表达能力。为时三天、包吃不包住,课程精实的暑期光电营至此圆满落幕。

 

 
 

The advances of semiconductor based micro LEDs

Professor Chien-chung Lin

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 林建中教授

The growth of Internet traffic facilitates our daily life. From e-commerce, online game, to online video, our daily activities are full of interactions with Internet and an information based display (or a smart display) will be an important component in this scenario. In our lab, we focus our efforts on one of the important topics of this next generation displays: semiconductor based micro LEDs. Two important material systems are used for red, green, and blue color generations: Gallium nitride based (InGaN, AlGaN, GaN), and AlGaInP based materials (a finished device is shown in Fig. 1). The benefit to use semiconductor as the main host of technology is its mature fabrication and highly efficient light-emitting capability. In our lab, we demonstrated devices as small as 2 micrometers in size and emission wavelengths from ultra-violet to red can be realized[1-3]. However, to achieve high resolution in a display, we need to reduce the size of each pixel, whose sizes are determined by each LED of different colors. Another important issue that needs to be addressed is that the reduction of light emitting efficiency (or called external quantum efficiency, EQE) is inevitable when we reduce the size of the devices. This is because of the increase of the sidewall leakage and non-radiative recombination inside the devices[1-4]. To alleviate this problem, an atomic layer deposition system was used to passivation the sidewalls of the devices, as shown in Fig. 2. This passivation can effectively reduce the leakage current and boost up the illumination efficiency of the devices. The light field angular intensity is also an interesting topic for these devices[5]. Because each color has its own far field pattern, as shown in Fig. 3, the overall result needs to be investigated and modified to improve the angular uniformity of the colors in a micro-LED based display such that you will not see angle-dependent color variation. We can use chip design to compensate this variation and to achieve better uniformity.

 

Fig. 1. A 10-micron micro LED under microscope

Fig. 2. A schematic diagram of a micro LED device with ALD protection[3]

Fig. 3. Color variation due to far field pattern difference

[1] Y. L. Tsai et al., "Extended Electrical and Photonic Characterization of GaN-Based Ultra-Violet MicroLEDs With an ITO Emission Window Layer," IEEE Photonics Journal, vol. 12, no. 6, pages 1~9 (2020) , doi: 10.1109/JPHOT.2020.3037220
[2] Y. Y. Li et al., "Analysis of Size-Dependent Quantum Efficiency in AlGaInP Micro–Light-Emitting Diodes With Consideration for Current Leakage," IEEE Photonics Journal, vol. 14, no. 1, pages 1~7 (2020) , doi: 10.1109/JPHOT.2021.3138946
[3] T.-Y. Lee et al., "Increase in the efficiency of III-nitride micro LEDs by atomic layer deposition," Optics Express, vol. 30, no. 11, pages 18552~18561 (2022) , doi: 10.1364/OE.455726
[4] H.-H. Huang et al., "Investigation on reliability of red micro-light emitting diodes with atomic layer deposition passivation layers," Optics Express, vol. 28, no. 25, pages 38184~38195 (2020) , doi: 10.1364/OE.411591
[5] S.-M. Yang et al., "Angular color variation in micron-scale light-emitting diode arrays," Optics Express, vol. 27, no. 16, pages A1308~A1323 (2019), doi: 10.1364/OE.27.0A1308

 

     
 
 
论文题目:利用电浆子体奈米结构之色彩图像直接检测类似病毒的颗粒

姓名:李佾儒   指导教授:李君浩教授

 

摘要

本研究工作中,利用表面电浆子共振成像(SPRi)的原理。用金属奈米结构的传感器仿真病毒大小能够用于生物医学应用的灵敏和无标记检测。然而,高通量和低成本的制造技术是应该解决的主要问题。因gold对生物体本身无毒性,所以适合应用于大量制造抛弃式感测芯片。然而gold金属具有较小的虚部介电常数及较短的光学消逝波,并可提升gold奈米金属结构的检测能力以及较低的检测极限。我们使用 COMSOL 仿真软件来探讨光场现象并观察 gold-nanoslits 的光谱趋势,并铺上直径100nm polystyrene球体模拟场型波长位移趋势以及对比度信号(IGR)。gold-nanoslits 生物芯片上有25个数组的折射率分辨率的变异系数为0.55%;如图一(a)(b)(c)(d)所示。

而目前严重急性呼吸系统综合症冠状病毒-2(SARS-CoV-2)的持续全球大流行已导致对其相关诊断和医学治疗的积极研究。虽然定量逆转录聚合酶链反应(qRT-PCR)是检测SARS-CoV-2病毒基因的最可靠方法,但须要针对特定抗病毒抗体的血清学来检测,所以费时和耗力。本研究利用自参考双色分析可以提高平均可检测折射率 0.85×10-4 RIU的信噪比,并将检测极限(LOD)平均值提高到2.96×10-5 RIU。SARS-CoV-2 Virus-Like Particles 检测 LOD 仅在1pg/mL~1ng/mL ≦15分钟检测时间和 80μL 样品量;如图二所示。

图一

图二


 
 

— 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、吴思洁 —

超短脉冲表征的进展

近零折射率(near-zero index, NZI)材料薄膜可作为超短脉冲的一种低成本、高性能器材的理想选择,用于表征超短脉冲可优于现有商业产品。这是最近发表在Nature Communications上的一项研究得出的结论(W. Jaffray et al. Nat. Commun.13, 3536; 2022)。

NZI材料通常由透明导电氧化物或超颖材料制成,其不同之处在于它们具有折射率近乎于零的光谱范围。在这个光谱窗口中,它们表现出非常大的光学非线性,但也有很强的吸收,这限制了它们的适用性。

来自赫瑞瓦特大学(Heriot-Watt University)和苏格兰格拉斯哥大学(University of Glasgow)以及美国哈佛大学和普渡大学(Purdue University)的Wallace Jaffray及其团队,研究了当FROG(frequency resolved optical gating)脉冲表征系统中,常见的大体积非线性晶体被超薄(270-nm厚)铝锌氧化物(AZO)薄膜,一种众所周知的 NZI 材料取代的现象。

FROG为频率解析光学开关(frequency-resolved optical gating),是一种强大且成熟的超短脉冲分析技术,它使用50:50分光束器将脉冲分成两部分,沿不同路径传播,然后都聚焦到非线性材料上,其中一条路径经历了可变的短暂延迟。记录产生的非线性信号及其作为时间延迟函数的频谱提供了有关脉冲的信息,并使得重建其振幅与相位成为可能。

Jaffray等人在约为1300 nm的近红外光波长操作下,测试了他们的基于AZO的FROG系统,并表示研究结果是:频带宽和灵敏度都得到了提升,同时相位匹配和对准要求以及损害临界值也都放宽了。

AZO薄膜可以直接在一个基板范围上制造,这意味着与块状非线性晶体相比成本更低,并且通过改变AZO的制造条件,应该可以在1300~2800 nm的光谱范围内利用NZI增强的非线性。若使用其它透明导电氧化物,可能会将这个光谱范围增加到1000~3600 nm。

基于NZI材料的方法的另一个好处是:它可以同时捕捉二次谐波(SHG)和三次谐波(THG)的非线性信号(如图一,而这通常是不可能的),以提供更多信息。至今,该团队已经展示可以捕获持续时间为30 fs的信号轨迹;但该方案应该以更短的脉冲运行,的确,他们使用钛蓝宝石(Ti:Sapphire)激光的实验数据表明,可以测量 268 nm(半高全宽)的带宽,这相当于9 fs脉冲。

图一、二次谐波(SHG)和三次谐波(THG)的非线性信号

 

参考资料:

Oliver Graydon, “Pulse characterization promise,” Nature Photonics 16, pages 558 (2022)

https://doi.org/10.1038/ s41566-022-01048-1

DOI:10.1038/ s41566-022-01048-1

参考文献:

Wallace Jaffray, et al., “Near-zero-index ultra-fast pulse characterization,” Nature Communications 13, Article number: 3536 (2022)

https://doi.org/10.1038/s41467-022-31151-4

DOI: 10.1038/s41467-022-31151-4

 
       
       
 
 
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