第191期 2022年12月刊
 
最新消息与活动公告 │ 所务公告及活动花絮 │ 特别报导
教师研究成果专栏 │ 光电所博士班应届毕业生研究成果专栏 │ 光电要闻
 
 
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:2022.12.30
 
 

本所林清富教授荣膺「国科会2022年度杰出特约研究员」,特此恭贺!

 

本所孙启光教授荣任「中华民国光电学会第十五届理事长」,特此恭贺!

 

本所吴育任教授、姚力琪小姐、简璟小姐代表本所参加电资学院队,荣获本校2022学年度(73届)全校运动会1200公尺混合接力赛教职员工组亚军,特此恭贺!

 

本所吴育任教授代表本所参加电资学院队,荣获四院教职员工羽球赛亚军,特此恭贺!

 

本所教授指导硕、博士生荣获「OPTIC 2022 Student Paper Award」,获奖信息如下,特此恭贺!

获奖学生 奖项 指导教授

蔡志远

(博士生)

OPTIC 2022 Student Paper Award - Oral

论文名称:Experimental Characterization of Highly Efficient Full-Color 1588 PPI Micro-LED Displays

林清富

李定山

(硕士生)

OPTIC 2022 Student Paper Award - Oral

论文名称:Influence of Surface Plasmon on Optical Detection of Picosecond Ultrasonic Pulse Generated in Aluminum Nanofilms

孙启光

孙 齐

(硕士生)

OPTIC 2022 Student Paper Award - Oral

论文名称:Light Collimating with Use of Metalenses for Spatial Incoherence

苏国栋

彭腱华

(硕士生)

OPTIC 2022 Student Paper Award - Oral

论文名称:Development of high-speed polarization-sensitive optical coherence tomography imaging based on HCG-VCSEL

李翔杰

杨子贤

(硕士生)

OPTIC 2022 Student Paper Award - Poster

论文名称:Antimonene-Based Sub-terahertz Acoustic Resonator: A Photoacoustic Study

孙启光

陈介安

(硕士生)

OPTIC 2022 Student Paper Award - Poster

论文名称:Highly Efficiency Deep-Blue OLEDs based on multiple resonance thermally activated delayed fluorescence (MR-TADF) emitter

李君浩

施昶安

(硕士生)

OPTIC 2022 Student Paper Award - Poster

论文名称:Development of Optical Coherence Tomography Imaging Engine based on FPGA

李翔杰

 
 
 
12月份「光电所专题演讲」(整理:简璟)
时间: 2022年12月9日(星期五)下午2时20分
讲者: 黄正民教授(Cornell University)
讲题: Sub-Terahertz Devices and Test Metrology

 

黄正民教授(左)与本所林建中教授(右)合影

 

时间: 2022年12月16日(星期五)下午2时20分
讲者: 杜承翰副理(鸿海科技)
讲题: Foxconn HPC Solution: Fueling the Future

 

杜承翰副理(右)与本所林建中教授(左)合影

 

 
 
 

~ 30而丽.承先启后:光电所卅周年所庆 ~

(时间:2022年12月10日;地点:台湾大学博理馆101演讲厅)

整理:简璟

筹备多时的台大光电所三十周年所庆于2022年12月10日下午拉开序幕。整场活动包含博理馆101演讲厅的系列讲座,以及于水源会馆举办的校友团聚晚宴。

下午讲座由吴育任所长担任主持人,首先邀请本所王维新、杨志忠两位资深教授,为听众讲述光电所成立的缘由与沿革。

光电所的前身为电机所的光电组。由于光电技术被政府视为重点科技项目,各所大学纷纷成立光电系所;台大电机所光电组亦在此趋势中发展为研究所,陆续成立硕、博士班。从1992年至今,台大光电所的研究结果涵盖半导体、面板、LED、光学、光通讯及太阳能发电等领域;毕业校友也在学术界、相关业界,甚至投资界崭露头角,展现积极、领先的研发能力,同时也对社会作出相应贡献。

接着,现任数字发展部数字产业署的吕正华署长,作为杰出校友代表,从政府部门的规划立场,剖析当前社会的数字经济发展趋势,顺势带出数字发展部的业务规划与成立愿景。吕署长表示,所有依赖或应用数字投入的经济活动不断成长,连带提升相关技术的生产者、消费者及政府部门的产能及需求,创造跨产业商机。该部门推行「RISE旭升计划」之要务,即是将数字技术落实于各行各业,提升其效能与便利性。吕署长总结未来数字发展的策略,应以「去中心化、软件定义、垂直应用」等概念为重点,优化与其相关的产业结构。

曾任教于本所的李允立博士,现职为镎创科技创办人暨董事长,以优越的MicroLED显示技术在业界闯出一番成就;李董事长分别从专业技术、经营公司的角度,分享他在创业道路上的幸运之处与种种挑战。在技术上,除了缩小传统LED尺寸、做出MicroLED,还需因应成本预算,发展出巨量转移组装技术;另一方面,因投资市场重视时间成本,产品的制造期程亦须吻合投资效益,方能确保资金流动无虞。此外,新技术该如何应用到目前的市场商品也是一大难题,例如透明或可挠式显示器,该如何用于车用技术,抑或AR、MR相关产品等等。而维持竞争优势也是企业经营者的重要课题,李董事长认为「唯有人才的持续投入,让下一代站在上一代的肩膀上发展」,才是创新技术的最佳解。

下半场主持人陈奕君副所长、蔡睿哲教授,以论坛形式的讲座,邀请本所校友:陈正言(照瀚科技∕CEO)、林贞宏(胜品电通∕总经理)、程子桓(立创光电∕总经理)、邱义忠(镎创科技∕副理)、萧世骅(Google∕Manager)、卢依龄(Google∕Engineer)共六人进行对谈。内容横跨求学过程、职场生活及伴随上述课题产生的生涯抉择。藉由slido平台与听众互动,将光电所毕业生的年薪区间、万年大哉问「买房、结婚、生子」等问题设计成选择题,搜集现场听众的答案,将统计结果投影于讲台屏幕,再请讲者据此分享各自的看法。由于讲者的学涯背景略有不同,听众得以从他们各自的人生经历、言谈间的想法激荡以及共享之价值观,一次收获六人份的经验值;搭配实时互动平台的串场问题,整场论坛显得妙趣横生,令不少同学活动结束后仍意犹未尽。

在博理馆的系列讲座划下圆满句点,众人便转移阵地至水源会馆享用晚餐。席开二十五桌,许多校友与老师多年未见,当场面被独立乐团(主唱是校友兼TSMC工程师)、各实验室影片炒热之后,彼此的交谈也热络起来;有人开始逐桌敬酒、交换联络方式,或是整个实验室拉着指导教授、占据舞台霸气合影,留下许多珍贵的美好回忆。

光电所30周年所庆讲座及论坛报到处

讲座及论坛会场外合影墙

王维新教授主讲光电组回顾

杨志忠教授主讲光电所发展

光电论坛:光电人生涯及职涯发展

校友团聚晚宴独立乐团表演

 

 

~ 第13届3D立体系统与应用国际研讨会 3DSA 2022 ~

(时间:2022年11月24日至25日;地点:台湾大学博理馆)

撰文:林晃岩教授

3DSA是一个由台日韩三国之3D立体系统与应用的相关研究机构与协(学)会,共同发起与组成的国际研讨会,是亚洲聚焦3D立体系统与应用专业的主要国际研讨会,自从2009年起,每年由台日韩的相关组织,轮流主办,最近三年由于新冠肺炎COVID-19疫情管控缘故,2020年暂停办理一次,2021年韩国以在线会议方式办理,2022年轮回台湾,由国立台湾大学光电工程学研究所、台湾3D互动影像显示产业协会3DIDA、教育部前瞻显示科技与跨领域人才培育计划等共同主办,2022年11月24日至25日在国立台湾大学博理馆举行。

图一、3DSA 2022实体会议会场-国立台湾大学博理馆

今年的第13届3D立体系统与应用国际研讨会3DSA 2022,由国立台湾大学光电工程学研究所林晃岩教授,同时也是台湾3D互动影像显示产业协会监事主席暨学术推广委员会主委、教育部前瞻显示科技与跨领域人才培育总计划主持人担任议程主席负责规划,承三个单位的同仁与师生共同协力办理。由于规划期间疫情仍然严峻、国门仍未开放,因此规划3DSA 2022为虚实互动之国际研讨会,邀请相关业界光合感知公司以产学合作方式办理,挑战最前瞻的元宇宙式(metaversal)会议形式,以呼应会议主轴与最新趋势、实践新型态跨时空场域,有别于录制播放的虚拟会议;并且达成11月24日至25日两天全议程之元宇宙式虚实整合会议,相较于12月14日至16日在日本福冈举办之IDW 2022国际研讨会(仅在12月15日9:40-10:00有20分钟元宇宙会场体验),在虚实整合的场域应用上,达成领先国际的成果。

图二、3DSA 2022挑战最前瞻的元宇宙式(metaversal)会议

今年的会议也达成了汇集前瞻显示技术与跨领域应用之国内外最新趋势与研究成果,共计5场主题邀请演讲、会议论文68篇(口头报告论文48篇、海报论文20篇),包含国内前瞻显示SRB计划之国科会计划与经济部计划的重要研究成果,也涵盖国内外之最新前瞻显示技术与创新应用场域;由于疫情趋缓、国门开放,除了部分国外发表及与会者在线参与,两天(11月24日开始于感恩节,11月25日结束于选前之夜)的会议共有产学研专业人员130人共襄盛举,成功完成第13届3D立体系统与应用国际研讨会3DSA 2022。

图三、3DSA 2022会场(图左:台日韩委员会议;图右:海报场次)

在闭幕典礼中,会议主席颁发最佳论文奖与最佳海报论文奖,并且由台湾主办单位将3DSA会旗授旗给日本代表团德岛大学的Shiro Suyama教授,日韩代表感谢今年台湾主办3DSA 2022圆满成功,大家期待明年3DSA 2023在日本新潟再见!

图四、3DSA 2022闭幕典礼中颁发最佳论文奖与最佳海报论文奖

图五、3DSA 2022(图左)闭幕典礼中由台湾代表将3DSA会旗授旗给日本代表;(图右)大会代表晚宴合影

 

~ 光电所参与欧盟 European Master of Science in Photonics (EMSP) 硕士双学位计划
系列报导 ~

【之二】

撰文:光电所硕士班 张尧栋

修课

在比利时,相较台湾的硕士班来说修课压力更大,他们的硕士班修课比重比研究还高一点,台湾则是相反。在台大光电,硕士班两年是修24学分(约8门课)及写硕士论文。EMSP计划中,硕士班两年共要修120 ECTS(学分)的课,第一年最重,60 ECTS全都是修课,等于一学期要修6至7门课!第二年则稍微轻松一些,修课只剩30 ECTS,另外30 ECTS则是硕士论文。我们用台大的EMSP计划到根特时等于是硕二插班生,所以该年度适用第二年的制度。即使逃过了第一年的修课地狱,课业量还是相当大的。我这年修的课程有:high speed photonic component(高速光子组件)、engineering economics(工程经济学)、recent trend in photonics(光电的近期趋势)、photonic integrated circuit(光子集成电路)、laboratory in photonic/electronic technology(微电子/光电组件制程)、micro and nano photonic devices(微米与奈米光子组件)及physics of semiconductor devices(半导体组件物理)。

在开学前,约莫八、九月可以开始选课,光电和外系的课程都可以选,而我们的合作计划必须选2门外系的课程,我选了工程经济学和半导体组件物理,因为大部分工程学院的选修都需要一定基础的先备知识,工程经济学是属于工程学院的通识课程,而半物我在台湾修过已有基础;听说比利时课业很硬,所以我的选课走保守路线,外系选修不修太困难或是太陌生的课。在本科选修方面,因为在台湾时就知道根特的硅光子研究很有名,我选的课和论文研究皆偏向这个领域。

根特大学的修课方式和台湾相当不同,首先是小班制,因为硕士就读人数不多,一门课的人数多在5至10人间,教授也有更多时间与学生互动。当课程project有问题时,除了可以寄信问老师,还能和老师约时间在线讨论问题。再来是上课模式,在第二年的选修课程,老师不一定会讲述课程内容,有些教授会要求学生自读讲义,并在上课前一天把问题寄给他,上课时段就只回答问题,完全不讲解课程内容;也有老师上课会打开原文书电子文件,一页一页飞快地跳着讲,所以在刚来比利时时,除了语言隔阂跟不熟的课程领域外,还必须花时间适应每种教学方式,刚开始真的是很痛苦,但当撑过去后,无论是自学还是在学习的适应能力上都有很大的进步。此外考试模式也相当不同,比利时的大学只有一次期末考,也因此到了期末会压力很大,这里的教学速度也很快,考一科等于要读700至1200页的投影片!更要命的是这里几乎每科都有口试,也因此在这里读书不再能只知道原理的简答、题目的计算,学习每个观念都必须知道如何解释(他们连附录都可能考你),并且要自己发想额外的问题和其解答,因为口试时教授会不断提问、挑战你,他们藉由这种方式确认学生真正学会课程知识。经过口试的训练后,会更能融会贯通课程的内容。另外,在根特的每门课几乎都会有期中的项目作业,且每个项目要做的事都很多,可能会花超过25小时在单一作业上,例如光子集成电路的项目要从文献查找出有兴趣的光子电路,然后自行设计、模拟,最后和量测结果做比对。或是光电组件制程实验的课,也要先做文献回顾,接着自行用绘图软件画layout,要在光子组件上设计相位调变器(heater),藉由在调变器上加电压升高温度,同时组件的有效折射率也会改变,藉以调整组件的相位。画完layout后便要进无尘室制作组件,完成组件后还要进量测室进行量测,最后进行分析并写成小论文。每次的项目很常要用不熟的工具或软件去完成一个陌生的题目,但经由这些扎实的训练后,自学能力有显著的提升,也培养了如何自行进行一个小型项目,包括从文献查找,并规划与设计,接着着手于实验,到最后的分析和完成报告,都会给自己带来莫大的成就感,并真真实实地感受到自己的成长。【精彩内容,下期待续~】

光电组件制程课中,我们所制作的组件,并使用SEM去观测、分析。

光电制程组件课的project。利用探针给heater电压,使组件的相位偏移,并同时调整光纤位置,以收到最大耦合效率。

 

撰文:光电所硕士班 陈楷文

修课

参加台大与EMSP双联计划的学生,都必须要在比利时完成60 ECTS才能得到EMSP的毕业证书。其中有30 ECTS是修课的部分,另外一半则为论文(Master Thesis)的部分。不同于台湾的学分制,比利时的学分称为ECTS,在EMSP的课程里通常一门课都是4至6 ECTS。修课时数部分,4 ETCS的课通常都是每周3至4小时,6 ECTS则会是每周6小时,分两天上课。

在安排课程方面,我选择将所有课程平均两学期来修习,也就是平均一学期修3至4门课。但实际修课结束后,发现这样安排会让下学期的负担变得很重,因为还要将硕士论文考虑进去。因此建议有意愿要参加EMSP计划的同学,在第一学期时就尽量将课程修完,下学期只要留下大概1至2门课就好。

30 ECTS中,UGent也有规定系内及系外选修必须达到一定数量。系内选修方面,我在第一学期选了High Speed Photonics ComponentsRecent Trends in Photonics,和Technological Processes for Photonics and Electronics: Laboratory,第二学期则选了Micro- and Nanophotonic Semiconductor Devices及Photonics Integrated Circuits。系外选修的部分,学校提供了蛮多不同领域的课可以让我们选,建议可以上学校网站参考看看,我在两学期分别选修了Engineering EconomyPhysics of Semiconductor Devices

实际修课方面,由于COVID-19疫情影响,虽然2022年欧洲已经几乎解封,但大部分的课还是偏向在线授课或是教授已经预录好课程,只需要定时上网听课就好。这样的优点就是课程都能够反复地看并且复习,缺点的话就是一旦懒惰起来错过一次上课,到学期末就得一次看很多堂课。

评分方式的话,UGent采用的是20分为满分,10分以上为及格。若不幸被当掉的话,九月初会有一个resit exam可以补考,只要再考到及格就可以。比较特别的是我们也可以选择下学期的课程原本应该在六月底期末考,延后到九月的时候再进行考试。一学期只有一次期末考,考试方式的话有纯笔试、纯口试、笔口试混合。纯笔试的课程例如Engineering Economy,期末考会有两阶段笔试,第一阶段是基础的计算题及选择题,第二阶段则是较复杂的计算题,需要用到计算机进行答题。纯口试的课程例如Technological Processes for Photonics and Electronics: Laboratory,老师会先看过缴交的报告再从中提问。至于笔口试混合则是UGent期末考最常见的考试方式,如High Speed Photonics Components、Micro- and Nanophotonic Semiconductor Devices及Photonics Integrated Circuits,考试时会先发考卷让同学简答,大概一小时后教授会开始一一点名同学至办公室讨论刚刚写的答案,若教授觉得大致写的都对没什么问题,就不太会刁难同学。在期末考前有些教授还会先告诉我们在口试时会问的题目(题目数量约数十至数百题),口试当下会用掷骰子的方式决定要问哪一题,所以建议同学每题都要尽量准备好答案。

作业也是在EMSP修课时会碰到的难关之一,通常都是需要在学期末时缴交一份大作业,内容多半是使用程序仿真组件,Matlab、Python、nextnano等等都有使用过,若没有程序语言使用的经验可以趁着还在台湾时先稍微学习。

Recent Trends in Photonics这堂课为讲座课的形式,不定期会有seminar(一学期6至8次)讲授有关Photonics的新知,演讲后会进行测验并计分。学期末则是需要使用IEEE格式撰写一份3000字以内有关新颖光电知识的报告(教授会提供topic),并准备20分钟的报告。学期间教授还有带我们去位在比利时南部城市Mons举办的IEEE Benelux Symposium,听听荷比卢三国一些有Photonics research的大学最近的研究。【精彩内容,下期待续~】

IEEE Benelux Symposium

参加IEEE Benelux Symposium时,学校提供学生一人一间双人房

 

撰文:光电所硕士班 黄喻农

修课

在根特大学,几乎每一门课都非常繁重,往往需要花很多时间,大部分除了考试还有作业或报告。EMSP学程的修课学分规定60 ECTS,ECTS是欧洲的学分计算方式,1学分通常对应25至30小时的学习时间。根特大学的课通常都是4或6学分,少数为5学分。论文占了30 ECTS,因此在一年中,除了同时要做研究外,大约要修5至7门课。而课的计分方式是20分为满分,10分为通过的最小及格分数。

另外,与台大选课方式不同,根特大学在学年一开始就要选好一整年的课,基本上,选完之后就不易更改,要更改需要写信去课程委员会并且经过他们的审核通过。我们可以选的课其实非常自由,几乎所上开的课都能够选,只有一个规定是至少要修4至6学分的系外选修,但是基本上要是工程学院开设的课程。我选了Engineering Economy和Sustainable energy作为系外选修。

考试的方式也与台湾不同,大部分科目的考试只有期末考,也就是说,考试的课程量会十分庞大,非常建议要趁早准备,以免考试月的时候忙得分身乏术!而万一期末考低于10分,还有第二次考试的机会,在一整学年,统一都是在暑假八、九月的时候有个补考周,每一门课的补考计分方式不尽相同,但是通常不会因为是补考而有折扣的问题,因此有些人会策略性地将准备不完的考试直接留到暑假考,这就看个人的时间规划,因为万一这次的补考再没有通过,就是真的被当掉了。而且通常八、九月是大多数人的放暑假时期,看着别人都在放假,而你需要读书,这样的情况会使人难以专注于课业。

口试是我觉得与台湾考试最不一样的地方,几乎所有的课都有口试。在Display Technology的课,老师会先给你题目,让你想半个小时后,再跟他口试,他会问你一些题目的观念、结果,要说明清楚才能从教授手上拿到分数,每次的口试老实说都让我感到十分挫折,也因此知道自己太过习惯于台湾笔试的考试方式,口试很大一部分是训练表达能力,如何将知道的知识有条理地表达出来使人理解,最令我印象深刻的是,在Display Technology的口试中,教授认为我知道最后的结果,但是他却说我其中造成的前提与原因跳得太快。因此,口试可以使教授知道你的思考过程,并且使学生知道自己的思考盲点,这是我觉得收获最大的地方。

因为EMSP的学程主要是根特大学与布鲁塞尔自由大学合作开设,所以有一些课是两边教授合开。像是我修的一门课Biophotonics是分成两部分,一部分是由自由大学老师教授生物部分、另一部分则是根特大学老师教授光电部分。

一门系外选修课Sustainable Energy是我们实验室的教授开设的能源环保课程,这门课找了很多太阳能厂、风电发力厂与火力发电厂的讲者来介绍,大部分都是根特的能源公司,并且还有开放去参观的时间,让我们除了知道一些能源的使用方式,更能知道实际上是怎么运作的,我觉得是一门十分有趣的课。【精彩内容,下期待续~】

Sustainable Energy课程安排太阳能厂参观

 

 
 
 

High-Performance Full-Color Micro-LED Display Using Fluorescent Color Conversion Layer Technology

Professor Ching-Fuh Lin

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 林清富教授

Micro-light-emitting diodes (micro-LEDs) with remarkable advantages are becoming the mainstream technology for next-generation display applications. However, further developments and commercialization of micro-LEDs still face significant difficulties. For example, the mass transfer is limited in the speed and the production yield.

To address this issue, our group explores the high-performance color-conversion layer to replace the mass transfer technique for full-color micro-LED displays. The quantum yields of our color-converted films are 89% for red color and 85.1% for green color with the blue light excitation. Furthermore, we develop an extremely cost-effective, and highly-stable technique to fabricate these color-conversion films and micron-size subpixel arrays on them. This process allows us to significantly control each pixel’s position, size, spacing, and thickness. In particular, for the fully efficient use of incident light to enhance the color saturation and light output efficiency, the fluorescent arrays are made on color-purity-enhancement film with a recycling-reflection mechanism, replacing the traditional glass substrate approach. Our fluorescent arrays have subpixels with a dimension of 7 x 7 microns. The pixel density reaches 3176 PPI for single-color arrays and 1588 PPI for full-color arrays on the glass substrate and the color-purity-enhancement film, respectively, as illustrated in figure 1. With the color-purity-enhancement film implementation, the color gamut extension attains a high value of 97.4% of the DCI-P3 extent, as shown in figure 2. Smaller pixel sizes, less than 5 um x 5um, are in development and show promising progress. Our work creates a new pathway for the future development of micro-LED displays.

 

Fig. 1. (a) Red and green fluorescent solutions and fluorescent arrays on the glass substrate, (b) Fluorescent arrays on the color-purity-enhancement film under blue light, respectively.

Fig. 2. The color spaces of fluorescent arrays in the CIE 1931 chromaticity diagram with purple, red, and white areas for fluorescent arrays on the glass substrate, the color-purity-enhancement film, and the DCI-P3 standard, respectively.

 

 
 
 

论文题目:用于覆硅绝缘层奈米光子波导之单层部分拋物线型交错结构设计

姓名:施元丁   指导教授:黄定洧教授

 

摘要

为了简化制程及降低制造成本,我们设计一种用于覆硅绝缘层(SOI)奈米光子波导之0.22µm厚的单层部分拋物线型交错结构(PPSLC),其下氧化硅层厚度为2µm,组件总面积为6µm × 6µm,PPSLC每臂具有3µm长的单层部分拋物线型结构,输入1.55µm波长的基模入射光,藉由调整并优化其输出入及交错区域附近结构的几何曲线,实现了97.90% 的高传输率(−0.092 dB)和−62 dB的低串扰。相较于双层拋物线型交错结构(DLPTC),PPSLC的单层结构不仅能简化制程及降低成本、缩小交错结构组件尺寸利于生产更密集的硅光子组件及电路,且即使在±10nm的制造尺寸误差下也能保持96.90%以上的高传输率。我们更在PPSLC上设计桥接次波长光栅(BSWG)波导和对角周期性孔洞(DPHs)结构,进一步提高传输率,BSWG位于PPSLC的输出入端外侧,DPHs 位于PPSLC的交错区域中。相较于PPSLC,其组件总面积(6.2µm × 6.2µm)仅增加6.78%,而传输率提高至98.72%(−0.056dB),串扰降低至−65dB。本论文的设计方法不但适用于制造更低成本及更高传输率的交错结构,更可应用于硅光子集成电路的其它组件的设计。

图一、单层部分拋物线型交错结构(PPSLC)

图二、PPSLC 带桥接次波长光栅(BSWG)波导和对角周期性孔洞(DPHs)结构

 

 
 
 

— 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、林珈庆 —

次绕射成像

感知空间分辨率低于绕射极限的太赫兹(THz)波是研究和理解物质中太赫兹场诱导现象的重要能力。

现在,François Blanchard及来自加拿大和日本的同事透过使用基于太赫兹克尔效应(THz Kerr effect, TKE)和SrTiO3(STO)块状晶体的表面极化之太赫兹传感器来做到这一点。当应用于太赫兹显微镜时,传感器能够实现微米级空间分辨率的成像(如图一)(Optica 9, 980-986; 2022)。

 

图一、应用于太赫兹显微镜时,传感器能够实现微米级空间分辨率的成像。

使用TKE的太赫兹传感器的机制不同于使用普克尔斯效应(Pockels effect)的传统太赫兹传感器。在TKE的情况下,由于太赫兹场引起的偶极子排列,传感器表现出二次太赫兹响应,并且对方向敏感。在传统情况下,传感器与电场呈线性关系。因此,TKE传感器生成的信号具有更大、更清晰的对比度,从而提高了空间分辨率。

在原理验证实验中,拍摄了由太赫兹场引起的空间相位调制图像,该图像是在350微米厚的STO晶体上制造的圆形数组开口谐振环附近引起的。强烈的太赫兹脉冲被发送到边长为50 μm的开口谐振环。局部太赫兹场的图像是透过电光(EO)采样获得的,其中780 nm探测脉冲最初在45°处线性偏振到太赫兹偏振。与LiNbO3传感器不同,STO传感器还能够显示正极性和负极性,这可以从每条开口谐振环导线(如图一)上交替的黑白颜色证明。

加拿大和日本的科学家还报告了当由涡旋相位板产生的太赫兹涡旋光束被发送到STO传感器时,STO传感器中的时空记忆效应。一系列快照图像显示,峰值强度在STO传感器表面连续移动,并且稳定的甜甜圈形状印在STO传感器表面,即使在超过10 ps后仍保持不变。科学家解释说,记忆效应是由于表面声子极化以10 μm/ps数量级的速度在STO表面上传播。记录太赫兹涡旋光束的能力将应用于量子密码学和使用太赫兹环形振幅传输的材料特性量测。

 

参考资料:

Horiuchi, N., "Sub-diffraction imaging," Nature Photonics 16, pages 746 (2022)
https://doi.org/10.1038/s41566-022-01094-9
DOI:10.1038/s41566-022-01094-9

参考文献:

F. Blanchard, J. E. Nkeck, L. Guiramand, S. Zibod, K. Dolgaleva, T. Arikawa, and K. Tanaka, "Two-dimensional space–time terahertz memory in bulk SrTiO3," Optica 9, pages 980-986 (2022)
https://doi.org/10.1364/OPTICA.463730
DOI:10.1364/OPTICA.463730

 
 
 
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