第189期 2022年10月刊
 
 
 
發行人:吳育任所長  編輯委員:曾雪峰教授  主編:林筱文  發行日期:2022.10.30
 
 

本所黃建璋教授榮獲「中國電機工程學會111年度傑出電機工程教授獎」,特此恭賀!

 

 

 

 
 
9月份「光電所專題演講」(整理:簡璟)
時間: 111年9月16日(星期五)下午2時20分
講者: 洪翠錨編審(國立臺灣大學圖書館)
講題: 研究生不可不知的文獻搜尋方法
 

本場演講者洪翠錨編審

 

時間: 111923日(星期五)下午220 〈※ 線上演講〉
講者: 曾碩彥教授(國立成功大學光電科學與工程學系)
講題: 高容忍度光波導元件的開發
 
時間: 111年9月30日(星期五)下午2時20分
講者: 施閔雄研究員(中央研究院應用科學研究中心)
講題: Toward the Practical Photonic Devices with Two-Dimensional Semiconductors
 

本場演講者施閔雄研究員

 

10月份「光電所專題演講」(整理:簡璟)
時間: 111年10月7日(星期五)下午2時20分 〈※ 線上演講〉
講者: 盧廷昌教授(國立陽明交通大學光電工程學系)
講題: VCSEL與PCSEL面射型雷射技術

 

時間: 111年10月14日(星期五)下午2時20分
講者: 洪勇智教授(國立中山大學光電工程學系)
講題: 矽光子於光纖陀螺儀的應用
 

洪勇智教授(左)與本所林建中教授(右)合影

 

時間: 111年10月21日(星期五)下午2時20分
講者: 陳國平教授(國立清華大學光電工程研究所)
講題: Metasurface and Plasmonics: A Platform for Strong Light–Matter Interactions
 

陳國平教授(左)與本所林建中教授(右)合影

 

~ 2022 暑期大學生光電營 花絮報導 ~

(時間:111年8月30日至9月1日;地點:臺灣大學博理館)

花絮整理:簡璟

每年的臺大暑期光電營都有不同的講課方向。我們今年著眼時下5G通訊技術,以「新世代高頻及光通訊技術」為主題,向學員們講述光通訊的相關原理與技術。第一天上午由吳育任所長開場,向學員們簡介光電所的研究領域、修課建議與相關企業研究,並介紹了所上每一位老師的研究專長、成果,期能啟發台下對光電研究甚感興趣的學員,為其研究之路描繪初步藍圖。

第一天的課程為數場專題演講。在吳所長結束演講之後,由林建中教授闡述「Micro LED and Micro Display Technology」之原理與應用技術。而下午吳肇欣教授的「Advanced Lasers for 5G and Sensing Applications」與黃定洧教授的「光通訊技術概述」,也在事後得到學員們不少正面反饋。據營隊隊輔觀察,部分學員已具備相關背景知識,且勇於向教授提出更進階的問題,在雙方一來一往的相互問答中,所有學員皆受惠良多。

第二天的課程則以實驗課為主,總共有三門不同的實驗課程:「車間可見光通訊」、「雙視域光學薄膜與影像之設計製作」、「全像片拍攝實作」。我們將全部學員分為三組,每組同學可參加兩場不同的光學實驗。教授們親自展演在大學階段不曾見過的儀器與實驗方法;在此過程中,學員們也努力嘗試、摸索實驗的方法,並在有限的時間內做出修正;甚至因過於專心投入,延誤用餐時間,仍樂此不疲。另有隊輔回饋:「比起大學階段的純理論展示,研究所更希望同學了解實驗原理之後,有能力運用此技術做出不同的研究成果。」

第三天安排新創廠商分享光電技術在業界之應用,以及分享如何找工作的經驗談。這是令許多光電營學員印象深刻的上午,他們得以認識臺灣光電產業的創新發展、技術突破,體會到業界不同於學術界、追求高效解決問題的立場。學員們也更理解光電相關領域仍有很寬廣的發展機會,或許足以令他們開始思索,未來想追求的工作領域或研究方向。

在所有課程結束之後,我們規劃了一個空白的下午,讓三組學員到各自的討論教室,沈澱這幾日的上課心得與所學新知,而後進行形式不拘的報告分享。在各隊隊輔的引導之下,各組內部討論進行得相當順利,而後許多同學亦勇於嘗試上台口頭報告。最終,由所長頒發營隊證書,並勉勵學員們莫要忽視上台報告的口條技巧,未來念研究所也要持續積極討論、精進自身表達能力。為時三天、包吃不包住,課程精實的暑期光電營至此圓滿落幕。

 

 
 

The advances of semiconductor based micro LEDs

Professor Chien-chung Lin

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 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

 

     
 
 
論文題目:利用電漿子體奈米結構之色彩圖像直接檢測類似病毒的顆粒

姓名:李佾儒   指導教授:李君浩教授

 

摘要

本研究工作中,利用表面電漿子共振成像(SPRi)的原理。用金屬奈米結構的傳感器模擬病毒大小能夠用於生物醫學應用的靈敏和無標記檢測。然而,高通量和低成本的製造技術是應該解決的主要問題。因gold對生物體本身無毒性,所以適合應用於大量製造拋棄式感測晶片。然而gold金屬具有較小的虛部介電常數及較短的光學消逝波,並可提升gold奈米金屬結構的檢測能力以及較低的檢測極限。我們使用 COMSOL 模擬軟體來探討光場現象並觀察 gold-nanoslits 的光譜趨勢,並鋪上直徑100nm polystyrene球體模擬場型波長位移趨勢以及對比度信號(IGR)。gold-nanoslits 生物晶片上有25個陣列的折射率分辨率的變異係數為0.55%;如圖一(a)(b)(c)(d)所示。

而目前嚴重急性呼吸系統綜合症冠狀病毒-2(SARS-CoV-2)的持續全球大流行已導致對其相關診斷和醫學治療的積極研究。雖然定量逆轉錄聚合酶鏈反應(qRT-PCR)是檢測SARS-CoV-2病毒基因的最可靠方法,但須要針對特定抗病毒抗體的血清學來檢測,所以費時和耗力。本研究利用自參考雙色分析可以提高平均可檢測折射率 0.85×10-4 RIU的信噪比,並將檢測極限(LOD)平均值提高到2.96×10-5 RIU。SARS-CoV-2 Virus-Like Particles 檢測 LOD 僅在1pg/mL~1ng/mL ≦15分鐘檢測時間和 80μL 樣品量;如圖二所示。

圖一

圖二


 
 

— 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、吳思潔 —

超短脈衝表徵的進展

近零折射率(near-zero index, NZI)材料薄膜可作為超短脈衝的一種低成本、高性能器材的理想選擇,用於表徵超短脈衝可優於現有商業產品。這是最近發表在Nature Communications上的一項研究得出的結論(W. Jaffray et al. Nat. Commun.13, 3536; 2022)。

NZI材料通常由透明導電氧化物或超穎材料製成,其不同之處在於它們具有折射率近乎於零的光譜範圍。在這個光譜窗口中,它們表現出非常大的光學非線性,但也有很強的吸收,這限制了它們的適用性。

來自赫瑞瓦特大學(Heriot-Watt University)和蘇格蘭格拉斯哥大學(University of Glasgow)以及美國哈佛大學和普渡大學(Purdue University)的Wallace Jaffray及其團隊,研究了當FROG(frequency resolved optical gating)脈衝表徵系統中,常見的大體積非線性晶體被超薄(270-nm厚)鋁鋅氧化物(AZO)薄膜,一種眾所周知的 NZI 材料取代的現象。

FROG為頻率解析光學開關(frequency-resolved optical gating),是一種強大且成熟的超短脈衝分析技術,它使用50:50分光束器將脈衝分成兩部分,沿不同路徑傳播,然後都聚焦到非線性材料上,其中一條路徑經歷了可變的短暫延遲。記錄產生的非線性信號及其作為時間延遲函數的頻譜提供了有關脈衝的資訊,並使得重建其振幅與相位成為可能。

Jaffray等人在約為1300 nm的近紅外光波長操作下,測試了他們的基於AZO的FROG系統,並表示研究結果是:頻帶寬和靈敏度都得到了提昇,同時相位匹配和對準要求以及損害臨界值也都放寬了。

AZO薄膜可以直接在一個基板範圍上製造,這意味著與塊狀非線性晶體相比成本更低,並且通過改變AZO的製造條件,應該可以在1300~2800 nm的光譜範圍內利用NZI增強的非線性。若使用其他透明導電氧化物,可能會將這個光譜範圍增加到1000~3600 nm。

基於NZI材料的方法的另一個好處是:它可以同時捕捉二次諧波(SHG)和三次諧波(THG)的非線性信號(如圖一,而這通常是不可能的),以提供更多信息。至今,該團隊已經展示可以捕獲持續時間為30 fs的信號軌跡;但該方案應該以更短的脈衝運行,的確,他們使用鈦藍寶石(Ti:Sapphire)雷射光的實驗數據表明,可以測量 268 nm(半高全寬)的帶寬,這相當於9 fs脈衝。

圖一、二次諧波(SHG)和三次諧波(THG)的非線性信號

 

參考資料:

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

參考文獻:

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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