～ 2025 晨光飛羽—光電所羽球賽 花絮報導 ～

（時間：114年4月19日；地點：臺灣大學舊體育館）

花絮整理：陳爾鴻

2025年4月19日我們舉辦了第二屆的「晨光飛羽—光電所羽球賽」，考量到避免活動日期與考試衝突，我們將比賽安排在期中考完後一周。因為有去年的經驗，前期的活動準備相對輕鬆許多，從場地租借到活動宣傳，大致流程與去年的活動相同，但或許是開放報名期間遇上了清明連假，今年活動報名人數相較去年少了一些，主辦方在報名規則上選擇了寬鬆的作法，讓同學們可以同時報名兩項雙人組的賽事，不過這也導致了主辦方安排賽程時，必須避免參賽同學同時段有兩場賽事要進行，或是連續進行過多比賽的問題，不得已只能改變今年的賽制，由循環賽改為單淘汰，這樣的作法能夠兼顧整體比賽項目的豐富性，增加同學參賽的意願與樂趣。

今年的活動依然選擇在臺灣大學舊體育館舉辦，裁判部分與去年一樣，是由幾位對羽球規則比較了解的同學擔任，工作人員則是來自不同實驗室的志願同學們，雖然主辦的所學會會長孫立維同學因為臨時家有要事無法出席當天的活動，但由於協助的同學中包含去年曾參與的工作人員，當天的活動依然順利進行。

早上的賽事由男子單打及女子單打做為開端，在單淘汰賽制的情況下，每位選手的每場比賽都至關重要，甚至運氣也很重要，若強強在第一輪對決就十分可惜。在現場的工作人員輔助判定下，每場比賽的進行如行雲流水般順利，選手們的亮眼表現搭配著音樂的烘托更是讓現場的活動氣氛充滿了激情，其中蕭惠心老師的表現尤其亮眼。經過了重重對抗後，分別決定了男子組的四強以及女子組的冠亞賽名單，但由於女子組晉級冠亞賽的蕭惠心老師下午另有要事不克參與，由第三名後的選手再打一次敗部復活決定冠軍賽席次。與此同時，男子雙打的第一輪賽事也如火如荼地展開。

午休時間後，緊接而來的是男單冠亞季殿和女單冠亞的比賽。女子組最終由趙珮伶同學獲得冠軍、林芷筠同學獲得亞軍、王嬡婷同學獲得季軍，感謝她們帶來精彩的比賽。男子組方面，排名則為冠軍王浩文同學、亞軍吳佩霖同學、季軍林柏宇同學。

午休時間後同時進行了下午的男子雙人組第二輪和混合雙人組第一輪。雙人賽事更加考驗選手彼此的默契，一番刺激的對抗後，雙人組賽事也到了四強階段，男子雙人組有種子換位賽的機制，更使比賽充滿了懸念。後來由於場地安排的關係，混雙的冠亞季殿賽提前開打，讓想觀賽的同學可以專注在一場比賽上。最終混雙的冠亞軍分別為第一名「1000up」、第二名「皇帝企鵝二號」。

賽事的結尾是精彩的男雙冠亞季殿決定戰，由王浩文同學、黃紹棋同學組成的「ggg」晉級決賽對戰吳佩霖同學與林柏宇同學組成的「臭臭泥」，一來一往的對決和互不相讓的氣勢，把現場氣氛炒到了最高點。最後由王浩文同學、黃紹棋同學組成的「ggg」得到冠軍。獲勝隊伍和吳育任所長加碼進行了一場雙人交流賽，由現場同學自願做為所長的隊友，進行一場激烈的比賽，所有同學都看得目不轉睛。

最後在所長的主持下，本次晨光飛羽賽迎來了頒獎時刻，大家圍繞在紀錄台前，為得獎的選手鼓掌歡呼，本次活動也順利落幕。

～ 光電所所屬實驗場所小型緊急應變演練 ～

（時間：114年5月12日，上午10:30~11:00）

整理：洪晨韋

演練地點：電機二館306A室

演練內容：

本次演練旨在強化實驗室人員面對突發事件之應變能力，藉由災害模擬情境，使參與人員熟悉個人職責並能有效執行應對措施，進而提升整體緊急應變效能。本演練於5月12日上午10時30分，於電機二館306A實驗室辦理，模擬情境為實驗進行中突發電線走火引發火警。學生於第一時間實施初步滅火，隨即通報本所辦公室。

所辦公室接獲通報後，立即聯繫負責館舍管理的系辦人員啟動全館廣播協助疏散作業，並指派人員於出入口執行人流引導；現場亦設置警示標示以限制人員進入事故區域，並設立臨時救護站，以提供必要之緊急協助。待全體人員疏散至指定集合地點後，完成人員清點，確認無人遺留。

演練期間，所辦立即同步通報所長吳育任教授、副所長陳奕君教授及環安衛委員林建中教授，三位教授即刻前往電機二館西大門一樓集合點統籌現場應變，由所長與環安衛委員協力指揮疏散作業。待確認人員全數安全撤離後，所有演練圓滿結束。

演練結束後，現場亦進行實驗室用電安全與滅火器操作方式之宣導，針對常見用電錯誤、滅火器種類及其正確使用時機進行講解與示範，進一步提升實驗室人員之安全意識與應變能力。藉由本次演練，實驗室成員對緊急應變機制、通報流程及人員疏散作業均有更深層之認識，整體災害處理能力亦獲顯著提升。謹此感謝全體師生的積極參與與全力配合。

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

臺灣大學光電所 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

臺灣大學光電所 李翔傑教授

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.

論文題目：多共振模態耦合超穎介面於環境折射率感測與非線性光學之研究與應用

姓名：劉艾音   指導教授：曾雪峰教授、蕭惠心教授

摘要

超穎介面因其強大的電磁響應而備受關注，本論文首先設計介電質超穎介面以增強環形偶極矩，並應用於折射率感測與非線性光學。如圖一所示，於矽奈米圓柱中誘導橫向環形偶極矩，實驗與模擬均證實其具備高製程容忍度及高折射率靈敏度（459–470 nm/RIU）。接著，透過電偶極矩、磁偶極矩與環形偶極矩模態的建設性干涉，顯著提升非線性三倍頻效率（實驗提升17倍，模擬提升214倍）。此外，如圖二所示，結合透明導電氧化物(氧化銦錫薄膜)與矽奈米立方體和金屬裂環共振器結構，產生強耦合效應，實現寬頻二倍頻與三倍頻訊號，並展現高達190–300 meV的Rabi分裂能，此設計有效突破氧化銦錫薄膜於斜入射條件下的限制，並相較於單一氧化銦錫薄膜系統，大幅提升非線性光學訊號強度數個數量級。本論文為發展高效率非線性光學超穎介面奠定基礎，特別是在多種多極共振模態交互作用的設計與應用方面。 圖一、環形矩超穎介面之應用。(a) 環形矩超穎介面示意圖。(b) 折射率感測之實驗結果。(c) 非線性三倍頻量測結果。 圖二、超穎介面結合透明導電氧化物之非線性光學應用。(a) 介電質奈米結構結合氧化銦錫薄膜之示意圖與非線性三倍頻量測結果。(b) 金屬奈米結構結合氧化銦錫薄膜之示意圖與非線性二倍頻量測結果。

— 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、郭權鋒 —

傅立葉光學的交織

建立並展示角度傅立葉光學（angular Fourier optics）框架，將為分析和操縱攜帶軌道角動量（Orbital angular momentum, OAM）的光波開闢前所未有的機會。

在看似不相關的物理現象中發現形式上的等價性總是令人鼓舞的；當這種等價性促進相關領域之間的富有成效的互動並帶來新的發展或發現時，這是特別有益的。這是Jianqi Hu及其同事在《自然光子學》（Nat. Photon. 19, 392-399, 2025）上發表的一篇論文中提出的，該論文建立並利用了軌道角動量和傅立葉光學領域之間的一種美麗而強大的數學等價關係。

攜帶OAM的光波物理學在過去十年中引起了廣泛關注，這不僅是因為它是一種基本好奇心，還因為它在通訊、感測和量子資訊處理等領域具有許多重要應用的潛力。另一方面，傅立葉光學是一個成熟的理論框架，致力於處理空間光波，涉及許多熟悉的概念，如光學成像、光譜分析和全像術。此框架主要用於操縱沿線性空間變數定義的光波輪廓—例如，在垂直於光傳播方向的平面中。相較之下，Hu等人提出的方法擴展了傅立葉光學數學，使得對光波的角度空間變化（例如，作為橫向方位角的函數）實現類似的處理策略。除了其基本興趣之外，已建立的數學對偶性已被證明能夠實現基於OAM模式對光波進行多種操縱的新穎實用技術。為了展示這項新典範的獨特潛力，團隊展示了其在高效OAM模態分類中的應用。

傅立葉光學中的核心機制之一是單色空間光束的自由空間繞射。在數學上，這可被解釋為光束的橫向分布或角頻譜的傅立葉變換表示中所引入的二次相位變換。如圖1a所示，自由空間繞射的一個特別引人注目的案例是光波在橫向分布上具有某種週期性，例如在圖示中的一維x軸上。這種波的週期性在沿縱向z軸傳播時產生了一系列有趣且意想不到的繞射圖案。在特定的傳播距離處，即基本「泰伯」（Talbot）長度Z_T的整數倍位置上，可以觀察到原始週期圖案的精確成像。這一有趣的現象最早由Henry Fox Talbot於十九世紀上半葉觀察到，然而直到大約五十年後，當Lord Rayleigh發展了光的波動理論，才得以正式解釋。在整數泰伯長度的分數值處，原始光圖案亦會自成像，但其週期會減少為一個精確的自然因子。多年來，此效應的許多其他表現形式已被描述、驗證並應用於各種不同的領域。

Hu等人的研究更為明確地將泰伯效應的時頻表現聯繫起來。這些表現同樣基於另一個廣受研究的數學等價性，即「時空對偶性」。在泰伯效應的時間域出現中，所要進行自成像的「物件」是一個以時間t週期性重複的時間波形（如圖1a所示），例如光學脈衝的週期性列陣。與其空間對應形式類似，該時間波形在穿越色散或群速度色散（Group-velocity dispersive, GVD）介質（如介電光波導或光纖）時，將進行自成像，其週期與輸入週期相同，或為其自然分數倍。此現象的出現可歸因於GVD效應會在脈衝列陣的離散頻率組件間引入二次相位偏移，如圖1a頂部所示。值得注意的是，在色散介質中出現的各個分數自成像泰伯圖案均展現出新生成的連續光學脈衝間具有確定性的相位偏移（圖1a中的紅色虛線曲線）。透過對輸入脈衝列陣進行預處理，使其脈衝間相位分佈符合特定分數泰伯圖樣，可實現近乎任意的脈衝重複週期調控，使其在GVD介質內傳播時的脈衝重複週期可設計為原始週期的任意分數倍或整數倍（自然或有理倍數）。圖1b展示了一個設計範例，旨在使輸入脈衝週期增加為原始的三倍。一個關鍵觀察點是，目標週期調控僅透過相位變換來完成，因此理論上，增加脈衝重複週期應能導致單脈衝能量的相應提升。這一過程被稱為「被動光學放大」（Passive optical amplification）。

Hu等人的研究所闡明的核心問題在於如何將傅立葉光學概念與軌道角動量（OAM）光束的物理性質建立聯繫。回顧OAM光束，其拓撲電荷或階數𝑙（𝑙 = ±1, ±2, ±3 , …）的特徵是沿橫向空間平面呈現環狀強度分佈，並且在方位角𝜙方向具有線性相位變化，即exp(𝑗𝑙𝜙)，其中j為虛數單位。多種結構化光波均可表達為OAM光束的線性組合。當該組合中的OAM光束階數按某一指定的自然數Δl（Δl = 1, 2, 3, …）間隔排列時，則該波的橫向強度分佈將受限於環形範圍內，並隨方位角𝜙呈現週期性變化，其週期為2π/Δl。具體而言，所得光波的橫向分佈呈現Δl個彼此分離的“脈衝”或角狀瓣結構。進一步可建立一種數學等價關係，使此類光波對應於時間週期性物件。在此等價關係中，方位角變數𝜙在原始問題中扮演時間變數t的角色。

Hu等人在其工作中所使用的數學連結基礎（圖1c、d）。透過注意到OAM光束階數變數l正式等同於週期時間波形的離散頻率變數ν，可以完成此連接。如圖1c所示，如果不同的OAM成分相對於彼此發生相移，並且遵循與OAM光束階數l二次相關的分佈，則方位週期波將發生泰伯自成像效應。實際上，這可以透過使用適當設計的多模環形核心光纖（RCF）來實現。該方法先前已被證明能夠將瓣角週期減少規定的自然數，類似於沿時間或空間的分數泰伯現象。

Hu等人進一步拓展了這一基本效應，透過適當的橫向相位調制遮罩，在方位角𝜙方向上實施泰伯相位預調制。這使得泰伯處理得以全面實現，從而能夠對結構化光波的週期性進行任意控制。例如，圖1d所示的3瓣光束轉換為單瓣光束即為一例。採用此方法，4瓣結構光束（由間隔Δl = 4的OAM光束組成）已在實驗中成功轉換為3瓣光束（對應於OAM模式間隔Δl = 3），反之亦然。該方法的靈活性已通過多種其他轉換得到驗證，包括從12瓣轉換為3瓣及2瓣等。這些過程僅涉及相位變換，理論上可保持輸入光波的能量不變。這對於需要最小化光子損失的應用（例如基於量子效應的技術）尤為重要。然而，仍需發展相關技術，以降低插入損耗和耦合損耗，從而實現所需的相位變換。

時間-頻率泰伯相位變換已被應用於各種功能的實現，涵蓋對任意、通常是非週期性的光學波形進行處理，包括無損時間取樣、透過被動放大進行降雜訊、即時頻譜分析與處理等多種技術。圖2a展示了其中一項操作的示例，即泰伯頻譜分析。該過程基於將輸入波形的頻譜投影至時間域，類似於薄透鏡在其焦距處沿橫向空間平面線性投影輸入光束的傅立葉變換。Hu等人亦利用其方位角泰伯處理策略來操控更一般的結構化光波。如圖2b所示，一種角度泰伯方案被設計用來實現時間波形的頻率-時間映射的方位角等效形式。透過此設計，不同階數l的OAM光束被投影至不同的、彼此分離的瓣結構，每個瓣的中心對應於不同的方位角𝜙，從而能夠直接檢測並恢復輸入的OAM頻譜。該概念已成功驗證，可應用於包含多達12種不同OAM階數的高度結構化光波。除了其直接的實用價值外，這一最新的研究成果進一步證實了Hu等人所建立的數學聯繫遠超過泰伯自成像效應的核心範疇。

Hu等人所提出的數學框架，充分利用了傅立葉光學在光波分析與處理方面的豐富概念，為使用者定義的方位角分佈及結構化光波的對應頻譜操控開啟了新的可能性。這一方法基於現有技術的應用，有望在未來促成更多重要的基礎發現與實際技術發展。