本所4月份演講公告:

～ 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 ～

【之四】

撰文：光電所碩士班 張堯棟

生活

如果說這一年有什麼最讓我不適應的，那大概就是氣候和食物了。比利時為溫帶海洋型氣候，秋冬為主要雨季，有點像台北，基本上每天都是陰天或雨天，因此心情有時也會受影響（尤其是當你身處課業與研究的地獄中時）。更麻煩的是，由於我們在市中心租屋，但校區位於城市邊陲，所以雨天時要騎車11公里來回學校就變成非常惱人的事情；若要坐公車，每次則要花費1.7歐（約台幣55元）和40至50分鐘的時間通勤。所以若非做實驗或是必須要去現場上課，通常我們冬天都是待在家讀書或是上遠端課程。自從疫情後，幾乎每堂課都會有線上直播或是預錄好的課，也算是懶人福音吧。不過比利時下雨的方式和台灣不同，當地是地勢較低的平原，從海邊漂來一朵雲到你頭上就會馬上下雨，下了十分鐘，雲飄走後又沒雨了，很難預測。可能是因為這樣，比利時人不太喜歡撐雨傘，無論雨的大小，大家都是瀟灑地淋雨一直走，也因此當地很流行防水的機能服飾；但還是很多人穿著毛茸茸的衣服淋雨，我跟南歐的朋友真的搞不懂。

食物則是另一個我無法理解的部分。比利時食物跟台灣的西式料理、義大利麵有很大的出入，無論是口味還是吃的食物種類。他們日常的飲食其實非常簡單，大部分人的午餐都是三明治（像subway）或沙拉，多數是冷食，若天氣很冷就會再喝一碗熱湯，而不是我原本想像的每餐都吃披薩、義大利麵（這應該是義大利的日常食物…）。還好在根特大學的學餐還是有供應熱食，食物組成和台灣自助餐類似，會有一份主食、一份蔬菜類和一份肉類，一整盤大約4.5至5.5歐（約台幣140至170元）。最熱門的餐點是波隆那肉醬麵，只可惜我不吃番茄；常見的主食還有水煮的整顆馬鈴薯或薯條，畢竟比利時是馬鈴薯大國。主菜則是很多元，有比式起司蝦球、焗烤鯰魚、燉牛肉或雞肉等等。蔬菜則是我最搞不懂的部分，不是很苦的生菜沙拉，不然就是水煮到爛透了的花椰菜，而且完全不加油或鹽，以致於我從來沒有吃光蔬菜...。我最常吃的組合則是凱撒三明治加巧克力布朗尼，畢竟點熱食無論如何至少會有一樣配菜出包或吃不習慣，還是吃已知的味道最安全。無論如何在物價高昂的比利時，可以花台幣150元左右解決一餐還是相當實惠的（而且即使花了大錢去外面吃了餐廳，大概還是會失望）。

但如第一段所述，我們並不會每天都去學校，同時學餐也不供應晚餐，因此絕大多數還是會自己煮飯。因為我出國前本來就會煮飯，因此這對我來說並不困難，困難的是時間的緊迫度和自己的惰性。剛安頓下來，還沒有很大的課業壓力時，我們會一起煮飯，通常都是豐盛的三菜或四菜一湯。課業壓力開始升高後，覺得一餐花一小時煮飯太浪費時間，開始煮義大利麵、炒飯、湯麵這種可以一次煮好的料理。最後到了期末考前，基本上就是辛拉麵或出前一丁輪流交替著吃了，另外配上大量的零食。但久久還是會嘗試挑戰一些困難的菜色，例如麻油雞米糕、獅子頭、日式炸物、韓式海鮮煎餅等等。

雖然比利時食物我無法理解，但還是有一些美食的，例如舉世聞名的薯條、淡菜鍋、鬆餅、啤酒等等。比利時薯條喜歡切得很粗下去炸，而且油炸用油會加入馬油、牛油等增添風味，吃的時候有五花八門的沾醬可以搭配，是非常特別的體驗。基本上比利時的薯條店猶如台灣的麵店，街角巷尾就會有一家（他們的小吃基本上也只有kebab跟薯條店），他們平均一周會吃一到兩次，配上沾醬，還有炸物店的一些其他炸物，外觀很像鹽酥雞店，可以說薯條文化是體驗比式生活最接地氣的方式。鬆餅也是我相當喜歡的食物，和臺大校園裡的小木屋鬆餅不同，比利時鬆餅口感相當紮實，外層會烤的很脆，再刷上一層珍珠糖，可以吃到麵粉的香氣，很有層次。螞蟻人還可以再加點鮮奶油、巧克力醬或冰淇淋在鬆餅上，甜在心裡的同時也給你一個熱量爆擊。最後在比利時還有有名的烤肋排餐廳，花費大約台幣650元左右就能享用烤肋排吃到飽，鹹甜的醬汁淋在烤肋排上香氣四溢，在這裡你可以肆無忌憚地享受肉香、油香和醬香所帶來的多重味覺饗宴（但吃到最後很膩）。雖然上述介紹了這麼多美食，但這些都很容易膩，因此日常的食物也就還是沙拉、三明治，他們的日常飲食如此單調無趣，也或許是要讓胃有空間來容納那些油膩膩的國民美食吧。【精彩內容，下期待續～】

撰文：光電所碩士班 陳楷文

生活

來到異國讀書，當然是要好好體驗這邊的生活，在這一篇我會分享在比利時生活的食、衣、住、行的部分。

首先是食物的部分，相信大家都或多或少有耳聞歐洲食物不是很好吃（事實上大部分也是如此），因此要是有自己下廚的能力就能煮一些自己習慣的食物來吃，也會比外食便宜很多，建議若是要來讀書的同學可以自己在台灣先學會做幾道菜，在外地能吃到家鄉味真的有時候會很感動。在超市的部分，Albert Hijn (AH)、Okay、Del Heize（黑獅）都是我們常去的超市，物價大約是台灣的七折左右，乳製品（牛奶、優格、蛋）更是便宜。若是想念亞洲食物，根特唯一一家亞洲超市—敦煌，就有蠻多東西可以選擇，也可以網購荷蘭的東方行（oriental.nl）或德國的優購網（ugou.de），會有更多選擇。外食方面的話，在Zwijnaarde校區有一間學生餐廳（但要注意只有提供午餐），有sandwich或熱食可以供選擇，價錢大概是3至5歐。亞洲食物的部分，市區有不少家日式壽司和拉麵，中式的部分可以去Yaki，牛肉麵和炒飯炒麵都蠻大份的也蠻好吃（10至12歐）。比利時當地有名的則有薯條（Frites Atelier）、淡菜鍋（建議可以去超市買回家自己煮，便宜量又多又簡單料理）、啤酒燉牛肉，皆可以在市區中找到不少家店，價格大約為15至20歐。

氣候的部分，比利時的冬天會來的比想像中還要快，剛開學十月左右氣溫就在10至15度之間，冬天幾乎都在0至5度之間，要一直到春天三、四月氣溫才會開始慢慢回暖。比較特別的是冬天及夏天會有很長的夜間或日照的時間，冬天太陽會在四點左右就日落，夏天則可以到九點左右，是比較需要去適應的地方。氣候乾燥也是和台灣冬天不一樣的地方，加上冬天會開暖氣的關係，皮膚經常容易龜裂的人可能要塗乳液或其他方式保濕。根特和台北一樣經常陰雨綿綿，因此若是有一雙防水鞋及防水外套在冬天會是幫助你通勤很好的工具。如果有購物的需求，根特市中心就有許多知名連鎖品牌Zara、H&M等等可以去看看，若是習慣Uniqlo的話則需要到布魯塞爾才有一間店，根特也是有許多Vintage shop可以選擇，這邊推薦thinktwice，他們每個月都會有幾天清倉大拍賣，一件衣服只要1至5歐就可以購入，習慣網購的人也可以試試看Zalando.nl。特別注意的是十一月底是Black Friday購物節，有需要購入衣服或3C的人不妨可以忍到那時候，許多商家或網購都會有意想不到的特別折扣（通常都是五折起跳），可以好好把握機會。

當通過入學審核後，就可以上Oasis填宿舍的申請，學生宿舍一個月的房租是481歐（2022年資料，含水含電），結果會在六月中左右公布，若幸運有抽中宿舍的話就恭喜你不必為住宿煩惱了，但像我們今年一起去EMSP的三位光電所同學則是都沒抽中，只能在候補名單等待（聽說2022年開始宿舍只有24歲以下學生才能抽籤）。我們的經驗是候補名單大概在入學前都不會前進多少，因此若是沒抽中可以直接找市區的租屋房源了。尋找租屋房源的方式有蠻多種，FB社團（Te huur: Kot in Gent, Rooms and Apartments for Expats in Gent (Ghent/Gand), Belgium）或是根特當地的租屋仲介（Rentola.be, Immoweb.be, Upkot.be），如果有看到覺得不錯的房源可以先寄信到連絡的email詢問，但要有心理準備可能收到的回覆不會太多，收到的回覆也有可能是要求可以租三年以上的再做下一步的聯絡。根特的租屋詐騙也是層出不窮，建議如果真的有找到滿意的房源，可以先聯絡已經在當地的學長姐問他們是否願意幫忙先去看這個房子，確定真的有這個物件存在後再和房東簽約以及匯押金等等事項。在找房子時也要注意房東是否同意讓你申請domicile（居籍），要有在比利時的domicile才能申請居留證。抵達比利時後，房東就會來和你正式簽紙本的合約以及點交房屋，同時也會一併到銀行開立blocked account（我們是用KBC band）將押金匯入帳戶，到最後租約到期時需要房東及房客的簽名，這個帳戶的錢才能被提領出來。我們很幸運地遇到很好心的房東，在到達當天提供蠻優惠的價格將我們從機場直接載到房子門口，讓我們省去許多麻煩，並且在簽約後帶我們去KBC開戶順便開blocked account。

在根特市區的交通，大多數同學都是以腳踏車為代步工具，一年的租金為80歐（fietsambassade.gent.be），從宿舍到Zwijnarrde校區需要大概20分鐘，市中心則是25至30分鐘。巴士和Tram（路面電車）是根特市區主要的大眾運輸工具，單趟為2.5歐，建議可以在手機上買10次票（17歐）會便宜蠻多的，開通一次可以在一小時內無限次搭乘市區公車，也有年票可以選擇，但是價格就會貴上不少。比利時境內城市間的交通則可以搭乘火車，可以下載手機版的SNCB來查看火車動態及買票，若你是26歲以下的學生可以購買55歐的10次票，周末也有weekend ticket可以購買，都會比起購買原價的票便宜許多，值得注意的是需要在上車前就完成買票，不然遇到查票是會被罰錢的。【精彩內容，下期待續～】

撰文：光電所碩士班 黃喻農

生活

在住宿方面，根特大學的宿舍非常難搶，要是交換生才比較可能申請到宿舍。在前往根特之前，我們找住宿找了一段時間，無論是從臉書的租屋社團、根特當地的租屋網站Immoweb，都幾乎無下文，最後好不容易找到一間，透過根特的臺灣學生會，請到在當地的博士班學長幫我們看房子，住宿這一件事才終於定了下來。根特的住宿供不應求，雖然根特是個大學城，但大部分外宿通常還是偏好上班族、博士生，簽約也喜歡一年（偏少）、三年起跳，因此住宿這件事情，盡量能夠愈早開始找愈好。

住在學生宿舍的好處是能夠認識同樓層的、或者更多的國際生，而以我住的地方而言，住在外面的好處則是空間比較大、地點在市中心，因此生活與居住品質非常好。

在衣服方面，價格與台灣差不多，可能甚至貴了一點點，因此我平常不太會買衣服，另外服飾店沒有提供褲子長度的修改服務，而拿去修改的裁縫店價格也不斐，因此對我而言，可以買的褲子十分稀少。但是在根特，有幾家二手服飾店，衣服便宜而且不定期會再折扣，我偶爾會去逛一下挖個寶，看看有沒有剛好適合又好看的衣服。提到衣服的折扣，通常會有幾個折扣的時間點，一月和七月的打折季還有十一月的黑色星期五，在這些時候的衣服就會便宜很多，因此我就是抓緊這幾個時間點買衣服！還有一種比較有趣的形式是類似跳蚤市場的市集，是二手服飾秤重賣，許多朋友會去逛這個不定期的市集。

在食物方面，在歐洲，只要是外食，價格幾乎都很昂貴，尤其是比利時地處西歐，外食的價格通常落在15至20歐，因此，除非是朋友同學聚餐，才會偶爾出門吃飯。在外食沒有辦法像是台灣一樣方便又便宜時，就會被迫要學會自己煮的本事，這一年下來，我學會了幾道料理，算是有一點點的成就感。當要自己煮，就得去超市買食材，根特主要的超市有來自荷蘭的Albert Heijn、比利時的Delhaize、Okay，以及法國的Carrefour，其中AH的東西價格是最便宜的，剛好在住的地方旁邊也有一家，是我最常光顧的超市。我們也常常邀請同學或者朋友一起來家中吃飯聚餐，是個聯絡感情與交流的好機會。

提到根特比較常見與特別的美食，就必須提到薯條、豬肋排、淡菜、鬆餅和巧克力了。薯條店就如同台灣的鹹酥雞店，很多地方都有，在根特大學的學生餐廳裡，每天的配菜選項也都有薯條這一項，而且份量都很大，剛開始很不習慣，總會想說那麼大份怎麼能一個人吃完，但漸漸地就習慣了。根特有兩家比較有名的豬肋排吃到飽的店，我覺得都很不錯！在超市，淡菜的價格很實惠，2公斤8歐元，料理過程簡單又好吃，是只要有活動聚會幾乎都會煮的一道菜。【精彩內容，下期待續～】

Simultaneous oscillation of dual-wavelength optical parametric oscillators on monolithic c⁽²⁾ nonlinear photonic crystals

Professor Lung-Han Peng

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 彭隆瀚教授

Multi-wavelength visible laser sources are desirable to some research regimes, for example, multi-wavelength yellow orange laser can be used in stimulated emission depletion (STED) microscopy and in the colocalization analyses. However, to produce multi-wavelength visible laser through quasi-phase matched (QPM) nonlinear photonic crystals (NPCs), multi-wavelength near infrared (NIR) laser source would become a critical issue. The studies of multi-wavelength NIR optical parametric oscillators (OPOs) of aperiodic or apodized designs had been published, but the wavelength stability or tunability of such designs were not very well. The main reason is the gain competition of multi-wavelength OPOs, it would degrade the performance of multi-OPOs. To reduce the gain competition, we proposed a parallel design of multi-OPOs, i.e., the QPM periodicities were placed in transversal way of pump beam. In this way, the gain competition would be mitigated compared with the cascaded designs. In the following, the characteristics of a dual- or double-OPOs would be demonstrated, including the slope efficiency and wavelength tunability. Moreover, we will build a yellow-orange laser via sum frequency generation (SFG) or second harmonic generation (SHG) of dual-idlers of our dual-OPOs on monolithic NPC. Our design can not only facilitate simultaneous multi-wavelength oscillation in NIR band, but also had great potentials in generation of multi-wavelength lasers source in visible or even UV bands.

Ultra-broadband wavelength-swept crystal fiber laser

Professor Sheng-Lung Huang

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 黃升龍教授

Ultra-broadband wavelength-swept laser (WSL) was generated using glass-clad Ti:sapphire crystal fiber as the gain media. With the low signal propagation loss of the crystal fiber, the swept laser has a tuning bandwidth of 250 nm (i.e., 683 nm to 933 nm) at a repetition rate of 1200 Hz. The steady-state and pulsed dynamics of the WSL were analyzed. The 0.018-nm instantaneous linewidth corresponds to a 3-dB coherence roll-off of 7 mm. When using the laser for swept-source optical coherence tomography, an estimated axial resolution of 1.8 μm can be achieved.

Reference:
Y. C. Lin, T. I Yang, and S. L. Huang, “Ultra-broadband wavelength-swept Ti:sapphire crystal fiber laser,” Opt. Lett. 47, No. 11, pp. 2778–2781, 2022.

論文題目：光學同調斷層掃描術用於耳鼻喉科應用之可行性研究

姓名：蔡廷彥   指導教授：李翔傑教授

摘要

在本篇論文中第一部分，我們使用了掃頻式同調斷層掃描術（Swept-Source Optical Coherence Tomography, SS-OCT）進行小鼠內耳耳蝸之成像以及光學特性分析。首先我們架設了SS-OCT的軟硬體，軟體部分採用了C++的程式語言來進行儀器的操作以及資料擷取並且利用MFC設計出我們的操作介面。硬體部分分別利用了中心波長1.06微米與1.3微米的掃頻式雷射架設了兩套SS-OCT來進行樣本的成像與量化分析。第二部分則是我們使用了中心波長1.03微米的高折射率差光柵垂直共振腔面射型雷射（High Contrast Grating Vertical Cavity Surface Emitting Laser, HCG-VCSEL）作為SS-OCT系統的光源以達到成像使用。這是首次利用此HCG-VCSEL於SS-OCT的應用，此光源提供了等效500 kHz的掃頻速率並在此速速度下有著 48 nm的掃描頻寬，在硬體部份由於此HCG-VCSEL屬於原型機並無校準時脈訊號（k-clock），因此我們架設了邁克生干涉儀（Michelson Interferometer） 作為校準訊號，再結合原先所架設之SS-OCT系統，我們進行了手指皮膚以及老鼠血管造影成像（Optical Coherence Tomography Angiography, OCTA）的資料擷取與成像。透過此方式我們成功的架設首套HCG-VCSEL SS-OCT並且量測其偏振特性（Uniformity of the Polarization）、靈敏度（Sensitivity）、滾降雜訊比（Roll-off, R-number）以及系統成像解析度，上述成果呈現相當完善且優異的數據資料以及成像結果。 圖一、小鼠耳蝸三維OCT成像 圖二、HCG-VCSEL示意圖

— 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、林珈慶 —

單光子檢測器陣列放大

超導奈米線單光子檢測器具有出色的性能，但是在大型成像陣列的開發上具有挑戰性。一種基於對單個奈米線進行切割的新方法，可以提高八倍的空間解析度，並實現1,024像素的成像儀。

那些能夠解析單個光子的光電檢測器是最敏感的，而單光子成像儀將這種敏感度與每次檢測的空間信息結合起來。單光子成像儀在許多不同領域中有應用，其中之一是光偵測和測距（LIDAR）。舉例來說，美國航空航天局（NASA）的衛星（Ice, Cloud, and Land Elevation Satellite-2, ICESat-2）使用具有多個單光子檢測通道的LIDAR，以前所未有的精度繪製地球的地形。還有量子光學領域中，單光子檢測器陣列能夠利用在空間分佈中光子糾纏（entangled photons）的多維量子訊息，以及應用於量子成像和低光通量下的古典成像。另外，在天文學中也有相關應用，包括使用強度干涉來量測星體的角直徑和應用於系外行星過渡光譜學。

對於單光子檢測從紫外光到近紅外光的應用，超導奈米線單光子檢測器（SNSPDs）提供了令人印象深刻的性能指標組合，包括約10 MHz的計數率、sub-mHz的暗計數率、約10皮秒（ps）的時間解析度和接近百分之百的檢測效率。在近期的研究中已經證明了在中紅外檢測方面的效能。然而由於冷卻系統的可用功率限制了設備的偏壓和讀取頻寬，大型SNSPD陣列的開發被證明是具有挑戰性的。儘管如此，在過去的幾年中，SNSPD陣列的尺寸，透過行列多工（row – column multiplexing）和更近期的熱耦合（thermal coupling）到讀取匯流排（readout bus），已經從幾十個像素增長到了一千個像素。

SNSPD成像的一種方法是實現於2017年，其方法為利用單個奈米線透過時間多工實現了空間解析度。每次檢測時，沿著奈米線上的空間位置是經由位於奈米線兩端傳播的電脈衝的時間差來確定的，因此結構上只需要一個偏壓電路和兩個輸出通道。這個儀器被稱為超導奈米線單光子成像儀（SNSPI）。在首次展示中，實現了大約590個有效像素的成像儀。超導奈米線中高動感電感所導致電訊號的慢波行為是實現空間解析度的關鍵，但是此動感電感在本質上會限制其更進一步的可擴展性：其計數率會因為更長的奈米線提供更多的有效像素時，其總電感的同時提升會有上限的限制。

現在，Kong等人在Nature Photonics上發表了一種與單一均勻納米線設計相比，空間解析度提高了八倍的新 SNSPI 設計。這種方法被稱為正交時間-振幅多工（orthogonal time - amplitude multiplexing），是將每次光子的檢測中產生的脈衝振幅和時間都進行空間資訊的編碼，以時間為基準讀取，將單個像素根據讀取的電壓脈衝振幅區分為八個區段。而奈米線上在寬線段中重複的不同長度的區段的不同的脈衝振幅會形成熱沉（thermal sink）的效果，會限制在光子檢測時所產生的阻性區域的大小（如圖一）；當奈米線分割的區段越長，所產生的電壓脈衝就會越大。準確地說，這些區段不是由單一奈米線組成，而是由兩個平行的奈米線組成，這對於維持穩定的阻抗有幫助。Kong和他的同事們清晰的證明了八個不同長度的奈米線區段之間振幅差異，每組不同長度的奈米線都被重複 128 次，產生了1,024個像素。

此裝置非常緊湊，像素大小僅為12.6 μm x 12.6 μm。在以1550 nm光源照明的成像展示中，作者使用分區演算法實現97％的像素保真度，同時指出若改變不同長度奈米線段的順序，這個數字應該還會再提升；而此裝置的平均時間不確定性或時基誤差（jitter）為67皮秒（ps），與單獨的大面積SNSPD顯示的結果相當。由於此系統無光學耦合結構，故偵測效率根據偏振狀態僅為0.8%到0.36%不等，但是目前已經有改進SNSPD光學耦合的方法，可以使系統偵測效率至少提高一個數量級；而透過對裝置設計的優化，還可以更進一步的提高性能。

雖然Kong等人的SNSPD顯示技術，仍落後於最近使用單光子雪崩二極體的百萬畫素陣列，但其依然為縮小差距的重要一步。他們的熱耦合讀取匯流排方法為裝置的可擴展性提供了解決方案的希望，但總像素數量和最大計數率之間也會相互限制。雖然如此，其依然有機會及可能透過優化設備設計和材料等方法，來擴大到一千像素以上，例如，透過利用高介電基板來在不增加電感的情形下降低信號速度。然而，在保持兆赫茲計數率的情況下，將其拓展到兆像素級別是相當困難的；想實現兆像素SNSPD陣列的話，混合多個SNSPI設備多工或多個讀出匯流排的方法會是可行的方法。

過去二十年間，SNSPD已經發展為最有力的單光子檢測技術之一。近期技術的進步使得SNSPD能擴展到千像素陣列，在需要大量檢測器的應用中，展現卓越的性能指標。從這段進程看來，距離看到大型SNSPD陣列從實驗室中的研究模型到現成商業化的單光子成像系統似乎已經不遠了。