～ 2025 晨光飞羽—光电所羽球赛 花絮报导 ～

（时间：2025年4月19日；地点：台湾大学旧体育馆）

花絮整理：陈尔鸿

2025年4月19日我们举办了第二届的「晨光飞羽—光电所羽球赛」，考虑到避免活动日期与考试冲突，我们将比赛安排在期中考完后一周。因为有去年的经验，前期的活动准备相对轻松许多，从场地租借到活动宣传，大致流程与去年的活动相同，但或许是开放报名期间遇上了清明连假，今年活动报名人数相较去年少了一些，主办方在报名规则上选择了宽松的作法，让同学们可以同时报名两项双人组的赛事，不过这也导致了主办方安排赛程时，必须避免参赛同学同时段有两场赛事要进行，或是连续进行过多比赛的问题，不得已只能改变今年的赛制，由循环赛改为单淘汰，这样的作法能够兼顾整体比赛项目的丰富性，增加同学参赛的意愿与乐趣。

今年的活动依然选择在台湾大学旧体育馆举办，裁判部分与去年一样，是由几位对羽球规则比较了解的同学担任，工作人员则是来自不同实验室的志愿同学们，虽然主办的所学会会长孙立维同学因为临时家有要事无法出席当天的活动，但由于协助的同学中包含去年曾参与的工作人员，当天的活动依然顺利进行。

早上的赛事由男子单打及女子单打做为开端，在单淘汰赛制的情况下，每位选手的每场比赛都至关重要，甚至运气也很重要，若强强在第一轮对决就十分可惜。在现场的工作人员辅助判定下，每场比赛的进行如行云流水般顺利，选手们的亮眼表现搭配着音乐的烘托更是让现场的活动气氛充满了激情，其中萧惠心老师的表现尤其亮眼。经过了重重对抗后，分别决定了男子组的四强以及女子组的冠亚赛名单，但由于女子组晋级冠亚赛的萧惠心老师下午另有要事不克参与，由第三名后的选手再打一次败部复活决定冠军赛席次。与此同时，男子双打的第一轮赛事也如火如荼地展开。

午休时间后，紧接而来的是男单冠亚季殿和女单冠亚的比赛。女子组最终由赵佩伶同学获得冠军、林芷筠同学获得亚军、王嫒婷同学获得季军，感谢她们带来精彩的比赛。男子组方面，排名则为冠军王浩文同学、亚军吴佩霖同学、季军林柏宇同学。

午休时间后同时进行了下午的男子双人组第二轮和混合双人组第一轮。双人赛事更加考验选手彼此的默契，一番刺激的对抗后，双人组赛事也到了四强阶段，男子双人组有种子换位赛的机制，更使比赛充满了悬念。后来由于场地安排的关系，混双的冠亚季殿赛提前开打，让想观赛的同学可以专注在一场比赛上。最终混双的冠亚军分别为第一名「1000up」、第二名「皇帝企鹅二号」。

赛事的结尾是精彩的男双冠亚季殿决定战，由王浩文同学、黄绍棋同学组成的「ggg」晋级决赛对战吴佩霖同学与林柏宇同学组成的「臭臭泥」，一来一往的对决和互不相让的气势，把现场气氛炒到了最高点。最后由王浩文同学、黄绍棋同学组成的「ggg」得到冠军。获胜队伍和吴育任所长加码进行了一场双人交流赛，由现场同学自愿做为所长的队友，进行一场激烈的比赛，所有同学都看得目不转睛。

最后在所长的主持下，本次晨光飞羽赛迎来了颁奖时刻，大家围绕在纪录台前，为得奖的选手鼓掌欢呼，本次活动也顺利落幕。

～ 光电所所属实验场所小型紧急应变演练 ～

（时间：2025年5月12日，上午10:30~11:00）

整理：洪晨韦

演练地点：电机二馆306A室

演练内容：

本次演练旨在强化实验室人员面对突发事件之应变能力，藉由灾害模拟情境，使参与人员熟悉个人职责并能有效执行应对措施，进而提升整体紧急应变效能。本演练于5月12日上午10时30分，于电机二馆306A实验室办理，模拟情境为实验进行中突发电线走火引发火警。学生于第一时间实施初步灭火，随即通报本所办公室。

所办公室接获通报后，立即联系负责馆舍管理的系办人员启动全馆广播协助疏散作业，并指派人员于出入口执行人流引导；现场亦设置警示标示以限制人员进入事故区域，并设立临时救护站，以提供必要之紧急协助。待全体人员疏散至指定集合地点后，完成人员清点，确认无人遗留。

演练期间，所办立即同步通报所长吴育任教授、副所长陈奕君教授及环安卫委员林建中教授，三位教授即刻前往电机二馆西大门一楼集合点统筹现场应变，由所长与环安卫委员协力指挥疏散作业。待确认人员全数安全撤离后，所有演练圆满结束。

演练结束后，现场亦进行实验室用电安全与灭火器操作方式之倡导，针对常见用电错误、灭火器种类及其正确使用时机进行讲解与示范，进一步提升实验室人员之安全意识与应变能力。藉由本次演练，实验室成员对紧急应变机制、通报流程及人员疏散作业均有更深层之认识，整体灾害处理能力亦获显著提升。谨此感谢全体师生的积极参与与全力配合。

Temperature dependent electrical properties of Au/Bi/p-Si Schottky junction

Professor Hao-Hsiung Lin's Laboratory

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 林浩雄教授

Due to the suppression of metal-induced gap state (MIGS) resulting from the semi-metal property of Bi, ultralow Bi/MoS₂ contact resistance and nearly pinning-free Bi/Si Schottky junction have been reported recently [1, 2]. In this research, we employed MBE technique to deposite a 100-nm-thick Bi thin film on low doped p-Si (111) substrates and fabricated Au/Bi/p-Si diodes. Temperature-dependent C-V and I-V methods were performed to study the Schottky junction. Fig. 1 shows the Schottky barrier height (SBH) obtained from C-V method as a function of temperature. Simulation curve for ideal SBH with a reported Bi work function of 4.22 eV [3] is also depicted in the figure. In the calculation, temperature dependent energy gap and effective mass of Bi [4] were considered to find the density of states. Charge neutrality condition was then used to find the temperature dependent work function at various temperature. The simulation curve reaches a good agreement to the experimental results, confirming the suppression of MIGS. Because the SBH is close to Si energy gap, the junction current is not dominant by traditional TE current. Instead, the I-V plot shown in Fig. 2(a) reveals a trap-assisted tunneling (TAT) recombination current [5]. The TAT effect clearly enhanced the reverse current. However, the junction ideality factor meets the line of 2kT, as shown in Fig. 2(b), indicating the behavior of generation recombination current.

Reference:
[1] P. C. Shen et al., Nature 593, 211, 2021.
[2] S. Matsumoto et al., SSDM extended abstracts 635, 2016.
[3] H. Jupbik, Phys. Rev. 60, 884, 1941.
[4] A. J. Levin et al., Phys. Rev. B 79, 165117, 2009.
[5] G. A. M. Hurkx et al., IEEE 39, 331, 1992.

Development of Quantitative Analysis Algorithm for Skin Optical Coherence Tomography Imaging Using Generative U-Net Model

Professor Hsiang-Chieh Lee

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 李翔杰教授

This study developed a U-Net machine-learning model incorporating the concept of residual blocks for automatically segmenting the skin surface and DEJ locations based on the Optical Attenuation Coefficient (OAC) computation. Due to potential disturbances from the background noise, hair, or peeling subsequently affecting the automatic segmentation, manual corrections were combined to ensure the accuracy of the image boundaries, establishing a complex database of OCT images with correct skin surface and DEJ segmentation results, and the corresponding OAC and mask images. These databases were used to train two machine learning models based on U-Net architecture for OAC image generation and segmentation. By combining the results from these two models, quantitative analysis of skin tissue structures was conducted, including measurements of epidermal thickness, optical attenuation coefficients, and skin roughness. Finally, statistical methods were used to validate the similarity between the model training outputs and the expected target analysis data, thereby proving the accuracy of the model training. Part of the study results were presented in Mr. Chau-Hsiang Cheng’s master thesis work.

论文题目：多共振模态耦合超颖接口于环境折射率感测与非线性光学之研究与应用

姓名：刘艾音   指导教授：曾雪峰教授、萧惠心教授

摘要

超颖接口因其强大的电磁响应而备受关注，本论文首先设计介电质超颖界面以增强环形偶极矩，并应用于折射率感测与非线性光学。如图一所示，于硅奈米圆柱中诱导横向环形偶极矩，实验与模拟均证实其具备高制程容忍度及高折射率灵敏度（459–470 nm/RIU）。接着，透过电偶极矩、磁偶极矩与环形偶极矩模态的建设性干涉，显著提升非线性三倍频效率（实验提升17倍，模拟提升214倍）。此外，如图二所示，结合透明导电氧化物(氧化铟锡薄膜)与硅奈米立方体和金属裂环共振器结构，产生强耦合效应，实现宽带二倍频与三倍频讯号，并展现高达190–300 meV的Rabi分裂能，此设计有效突破氧化铟锡薄膜于斜入射条件下的限制，并相较于单一氧化铟锡薄膜系统，大幅提升非线性光学讯号强度数个数量级。本论文为发展高效率非线性光学超颖接口奠定基础，特别是在多种多极共振模态交互作用的设计与应用方面。 图一、环形矩超颖界面之应用。(a) 环形矩超颖界面示意图。(b) 折射率感测之实验结果。(c) 非线性三倍频量测结果。 图二、超颖界面结合透明导电氧化物之非线性光学应用。(a) 介电质奈米结构结合氧化铟锡薄膜之示意图与非线性三倍频量测结果。(b) 金属奈米结构结合氧化铟锡薄膜之示意图与非线性二倍频量测结果。

— 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、郭权锋 —

傅立叶光学的交织

建立并展示角度傅立叶光学（angular Fourier optics）框架，将为分析和操纵携带轨道角动量（Orbital angular momentum, OAM）的光波开辟前所未有的机会。

在看似不相关的物理现象中发现形式上的等价性总是令人鼓舞的；当这种等价性促进相关领域之间的富有成效的互动并带来新的发展或发现时，这是特别有益的。这是Jianqi Hu及其同事在《自然光子学》（Nat. Photon. 19, 392-399, 2025）上发表的一篇论文中提出的，该论文建立并利用了轨道角动量和傅立叶光学领域之间的一种美丽而强大的数学等价关系。

携带OAM的光波物理学在过去十年中引起了广泛关注，这不仅是因为它是一种基本好奇心，还因为它在通讯、感测和量子信息处理等领域具有许多重要应用的潜力。另一方面，傅立叶光学是一个成熟的理论框架，致力于处理空间光波，涉及许多熟悉的概念，如光学成像、光谱分析和全像术。此框架主要用于操纵沿线性空间变量定义的光波轮廓—例如，在垂直于光传播方向的平面中。相较之下，Hu等人提出的方法扩展了傅立叶光学数学，使得对光波的角度空间变化（例如，作为横向方位角的函数）实现类似的处理策略。除了其基本兴趣之外，已建立的数学对偶性已被证明能够实现基于OAM模式对光波进行多种操纵的新颖实用技术。为了展示这项新典范的独特潜力，团队展示了其在高效OAM模态分类中的应用。

傅立叶光学中的核心机制之一是单色空间光束的自由空间绕射。在数学上，这可被解释为光束的横向分布或角频谱的傅立叶变换表示中所引入的二次相位变换。如图1a所示，自由空间绕射的一个特别引人注目的案例是光波在横向分布上具有某种周期性，例如在图标中的一维x轴上。这种波的周期性在沿纵向z轴传播时产生了一系列有趣且意想不到的绕射图案。在特定的传播距离处，即基本「泰伯」（Talbot）长度Z_T的整数倍位置上，可以观察到原始周期图案的精确成像。这一有趣的现象最早由Henry Fox Talbot于十九世纪上半叶观察到，然而直到大约五十年后，当Lord Rayleigh发展了光的波动理论，才得以正式解释。在整数泰伯长度的分数值处，原始光图案亦会自成像，但其周期会减少为一个精确的自然因子。多年来，此效应的许多其它表现形式已被描述、验证并应用于各种不同的领域。

Hu等人的研究更为明确地将泰伯效应的时频表现联系起来。这些表现同样基于另一个广受研究的数学等价性，即「时空对偶性」。在泰伯效应的时间域出现中，所要进行自成像的「对象」是一个以时间t周期性重复的时间波形（如图1a所示），例如光学脉冲的周期性列阵。与其空间对应形式类似，该时间波形在穿越色散或群速度色散（Group-velocity dispersive, GVD）介质（如介电光波导或光纤）时，将进行自成像，其周期与输入周期相同，或为其自然分数倍。此现象的出现可归因于GVD效应会在脉冲列阵的离散频率组件间引入二次相位偏移，如图1a顶部所示。值得注意的是，在色散介质中出现的各个分数自成像泰伯图案均展现出新生成的连续光学脉冲间具有确定性的相位偏移（图1a中的红色虚线曲线）。透过对输入脉冲列阵进行预处理，使其脉冲间相位分布符合特定分数泰伯图样，可实现近乎任意的脉冲重复周期调控，使其在GVD介质内传播时的脉冲重复周期可设计为原始周期的任意分数倍或整数倍（自然或有理倍数）。图1b展示了一个设计范例，旨在使输入脉冲周期增加为原始的三倍。一个关键观察点是，目标周期调控仅透过相位变换来完成，因此理论上，增加脉冲重复周期应能导致单脉冲能量的相应提升。这一过程被称为「被动光学放大」（Passive optical amplification）。

Hu等人的研究所阐明的核心问题在于如何将傅立叶光学概念与轨道角动量（OAM）光束的物理性质建立联系。回顾OAM光束，其拓扑电荷或阶数𝑙（𝑙 = ±1, ±2, ±3 , …）的特征是沿横向空间平面呈现环状强度分布，并且在方位角𝜙方向具有线性相位变化，即exp(𝑗𝑙𝜙)，其中j为虚数单位。多种结构化光波均可表达为OAM光束的线性组合。当该组合中的OAM光束阶数按某一指定的自然数Δl（Δl = 1, 2, 3, …）间隔排列时，则该波的横向强度分布将受限于环形范围内，并随方位角𝜙呈现周期性变化，其周期为2π/Δl。具体而言，所得光波的横向分布呈现Δl个彼此分离的“脉冲”或角状瓣结构。进一步可建立一种数学等价关系，使此类光波对应于时间周期性对象。在此等价关系中，方位角变量𝜙在原始问题中扮演时间变量t的角色。

Hu等人在其工作中所使用的数学连结基础（图1c、d）。透过注意到OAM光束阶数变数l正式等同于周期时间波形的离散频率变量ν，可以完成此连接。如图1c所示，如果不同的OAM成分相对于彼此发生相移，并且遵循与OAM光束阶数l二次相关的分布，则方位周期波将发生泰伯自成像效应。实际上，这可以透过使用适当设计的多模环形核心光纤（RCF）来实现。该方法先前已被证明能够将瓣角周期减少规定的自然数，类似于沿时间或空间的分数泰伯现象。

Hu等人进一步拓展了这一基本效应，透过适当的横向相位调制屏蔽，在方位角𝜙方向上实施泰伯相位预调制。这使得泰伯处理得以全面实现，从而能够对结构化光波的周期性进行任意控制。例如，图1d所示的3瓣光束转换为单瓣光束即为一例。采用此方法，4瓣结构光束（由间隔Δl = 4的OAM光束组成）已在实验中成功转换为3瓣光束（对应于OAM模式间隔Δl = 3），反之亦然。该方法的灵活性已通过多种其它转换得到验证，包括从12瓣转换为3瓣及2瓣等。这些过程仅涉及相位变换，理论上可保持输入光波的能量不变。这对于需要最小化光子损失的应用（例如基于量子效应的技术）尤为重要。然而，仍需发展相关技术，以降低插入损耗和耦合损耗，从而实现所需的相位变换。

时间-频率泰伯相位变换已被应用于各种功能的实现，涵盖对任意、通常是非周期性的光学波形进行处理，包括无损时间取样、透过被动放大进行降噪声、实时频谱分析与处理等多种技术。图2a展示了其中一项操作的示例，即泰伯频谱分析。该过程基于将输入波形的频谱投影至时间域，类似于薄透镜在其焦距处沿横向空间平面线性投影输入光束的傅立叶变换。Hu等人亦利用其方位角泰伯处理策略来操控更一般的结构化光波。如图2b所示，一种角度泰伯方案被设计用来实现时间波形的频率-时间映像的方位角等效形式。透过此设计，不同阶数l的OAM光束被投影至不同的、彼此分离的瓣结构，每个瓣的中心对应于不同的方位角𝜙，从而能够直接检测并恢复输入的OAM频谱。该概念已成功验证，可应用于包含多达12种不同OAM阶数的高度结构化光波。除了其直接的实用价值外，这一最新的研究成果进一步证实了Hu等人所建立的数学联系远超过泰伯自成像效应的核心范畴。

Hu等人所提出的数学框架，充分利用了傅立叶光学在光波分析与处理方面的丰富概念，为使用者定义的方位角分布及结构化光波的对应频谱操控开启了新的可能性。这一方法基于现有技术的应用，有望在未来促成更多重要的基础发现与实际技术发展。