本所3月份演講公告：

～ 光電所參與歐洲 European Master of Science in Photonics (EMSP) 碩士雙學位計畫 系列報導 ～

【之三】

撰文：光電所碩士班 陳以佳

在比利時的第一個月（學校篇）

抵達比利時的第一個月在各種申請及等待中不知不覺就過去了，同時還必須努力適應歐洲與台灣不同的作息、生活方式、飲食差異等等，算是又忙碌又新鮮的一段日子。筆者將此部分經驗分為學校篇與生活篇撰寫，本篇為學校篇，主要聚焦在學校方面行政程序的流程、一些活動以及最重要的修課部分。（在此先分享一張8月中抵達比利時布魯塞爾國際機場時晴空萬里的天空）

註冊及繳費：上個月專欄內容有提到面試通過後到出國前夕必須處理UGent網站上的註冊申請，步驟不難，但唯獨「正式註冊」這個步驟是從8月1日才開放辦理，並且UGent也會強烈建議落地比利時後再辦理（可能是若發生一些狀況可以直接前往學校處理較為方便）。抵達比利時後就可以上根特官網去正式註冊，依照指示上傳文件，之後就要常常關注學號信箱的許多給新生的信，包括電信、保險、城市介紹的廣告信，也包括新生活動的宣傳信等等。學費的部分則大約會在開學後一個月內收到email繳費通知，一次繳交一整年（預設是60 credits的費用，但若後續選課有超學分則會再加收），由於EMSP計畫的保障，我們的收費是比照歐盟地區學生，十分優惠。

新生活動：印象中有全校性的iWISE、Welcome Day（給全根特大學的新生）、以及根特大學光電所的新生說明會（給本所的碩一新生以及碩二雙聯學位插班生）、新生歡迎會（跟VUB合辦），筆者都非常推薦盡量去參加這些活動。iWISE本身是個為期三天的活動，從比利時的分區、語言文化、人口組成一路介紹到居住在根特所需注意的事項，舉例包含垃圾分類、大眾運輸、學生保險等等，現場也邀請許多相關攤販進駐（如電信或保險），還可以領取學生證、學餐體驗卷（圖二）及新手禮包。此外，也有安排簡單的荷文日常對話教學（圖三）以及隨機分組的城市探索活動（圖四），實際參與後覺得非常值得，除了是認識各國朋友的機會，也讓自己比較不那麼無所適從。Welcome Day則是開學前夕一個類似party氛圍的活動，現場有餐車、酒攤進駐（圖五），提前報名的話還提供免費餐卷哦！而光電所的活動部分，就比較針對系上的修課規範、課程內容、碩論題目做說明，當然像歡迎會時也會有類似團康破冰的探索活動，都非常有趣又能認識同所新生們。

選課與碩論：碩論選題部分，若等待Bert寄信通知通常是9月開學以後的事了，如果想更早確認選題，建議3月面試通過後就直接跟學長姐索取他們去年的題目清單，找有興趣的領域直接寄信給題目聯絡人（通常是教授或博後），說明自己的身分並詢問今年是否有開授相似的題目，有的話就可以積極爭取線上面試的機會，越早確定好也比較不會開學後手忙腳亂。選課方面，要注意的是一次會選好一學年份的課，並且選課網站有規範必須符合的系內及系外選修學分數，此外，也要注意安排好上下學期的loading，一般建議下學期要輕鬆一點比較好同時應對碩論的壓力。根特的課程大部分都會有課堂Project，學習起來比較有實作概念，但也因此負擔會比較重，此外，期末考試時常包含跟教授一對一的口試，這也是台灣比較少見的，令人感覺新穎又緊張。【精彩內容，下期待續～】

撰文：光電所碩士班 林宇凡

比利時人不撐傘

根特是一個雨多的城市，但都是綿綿細雨，鮮少見到如同台灣夏天般的傾盆大雨。說是稍微冷一點的台北也大致不差，但是與台北人不太一樣的是—根特人不撐傘。

說是不撐傘其實不精確，傾盆大雨還是會撐傘的（更多的是穿雨衣），而一般小雨，根特人往往選擇用外套應付。外套包括但不限於防水外套。就在不久前，我還看到一位身穿刷毛外套的女士，在享受雨中漫步，同時與一旁的姐妹談笑風生，毫無淋雨的顧忌，要是我，肯定滿腦子想著外套會不會壞掉，而無法如此放鬆吧！

而我既在根特，自然也得學學根特人的精神，只不過依舊妥協於台灣人的血脈—我買了件防水外套。有了防水外套，我頓時不再害怕連綿的雨勢了，不過是進入室內時拍拍水，倒也不麻煩，但此時，我依舊認為撐傘才是更方便的選擇，若外出時下雨還是會撐傘居多。直到入冬，我才發覺防水外套的重要性。西歐的冬天，零度左右的氣溫時刻折磨著我這熱帶人，把手從口袋拿出來撐傘簡直是酷刑，再加上刺骨的風，我覺得我不是在城市裡，而是在珠穆朗瑪峰上。痛苦之處不僅於此，打在手上的雨滴，迅速帶走手上的體溫，我得一直換手拿傘，讓原本拿傘的手放進口袋裡回溫，勉強前進，但老實說，效果聊勝於無。

此外，根特人不撐傘我猜還有一個很直接的原因：根特人慣以腳踏車行動，且風雨無阻。就算是下雨的日子，還是有不少當地人會騎腳踏車通勤，此時，防水外套或雨衣的重要性就顯現出來了。雖然我偶爾在臺大能看到不少同學展現邊撐傘邊騎車的神技，但先不論這是否合法，要是用在繁忙的通勤街道，車輪下還有輕軌的軌道埋伏，要是我或人們也採取這種方式，我擔心我買的保險是否足以給付跌倒造成的損傷。

台北的氣候與根特只有雨多這一點相似，其他面向則大不相同，例如可怕的蟑螂和老鼠。可怕的蟑螂我從沒在比利時見過，實屬蟑螂恐懼症患者的福音。而可怕的老鼠，在比利時也可愛了起來，看起來就像倉鼠一樣，小小隻的，體長約7公分左右，可以穿過極窄的門縫。不過就算牠再可愛，偷吃我的餅乾就是罪大惡極，需要得到報應。

記憶在存入腦內時總是夾雜著周遭的刻痕，不知台北冬天冷冽的雨，又或是凍僵的臉部肌肉，會不會喚起遠在歐洲的回憶。在想起這段歷程時，是會慶幸我回到了溫暖的台灣呢？又或是懷念東西放外面都不會壞的便利？到那時候，我想我會先把手伸進口袋裡暖一暖，再決定今天到底要撐傘，還是學著把雨穿在身上。【精彩內容，下期待續～】

High-efficiency blue thermally activated delayed fluorescence organic light-emitting diode with a novel host material

Professor Jiun-Haw Lee

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 李君浩教授

A blue organic light-emitting diode (OLED) based on thermally activated delayed fluorescence (TADF) exhibiting maximum external quantum efficiency of 35.8% was demonstrated with 2,3,5,6-Tetrakis[3,6-bis(1,1-dimethylethyl)-9H-carbazol-9-yl]benzonitrile (4TCzBN) as the TADF emitter doped into a novel host material consisting of acridan, carbazole, and benzimidazole moieties. With carefully design of this novel host, photoluminescence quantum yield of the thin film was as high as 98.7%, together with horizontal dipole ratio of 88% for enhancing the light extraction efficiency up to 41.2%. Besides, the electrical and optical bandgap of the host was perfectly matched to the dopant together with suitable hole and electron mobilities which resulted in a low driving voltage and the maximum power efficiency of 62.8 lm/W.

Reference:

Yi-Zhen Li et al., Chem. Eng. J. 498, 155553, 2024.

Characterizations of sidewall recombination behaviors of AlGaInP red light-emitting diodes with micron-scale mesa size by steam oxidation

Professor Jian-Jang Huang's Laboratory

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 黃建璋教授

We report size and oxidation temperature-dependent performance optimization of sidewall steam oxidation for AlGaInP red micro-light-emitting diodes (µLEDs). Devices with mesa sizes from 100 × 100 μm² down to 5 × 5 μm² were fabricated. Our results reveal that steam oxidation significantly enhances light output and suppresses nonradiative recombination, with optimal oxidation time decreased with device size. At cryogenic temperatures, the best performance is achieved at even shorter oxidation times, highlighting the need for condition-specific processing. Through ABC model, we show that sidewall oxidation reduces Shockley–Read–Hall recombination and enhances radiative efficiency, particularly in small devices. This study provides a practical guideline for optimizing sidewall treatment to improve the performance of AlGaInP µLEDs for high-resolution display applications.

論文題目：於空間頻譜分布之雙光學參量振盪器及橘黃光雷射與寬波段波長可調雷射於週期性極化反轉鉭酸鈮之研究

姓名：張凱勛   指導教授：彭隆瀚教授

摘要

本論文之研究包括於空間頻譜分布之雙光學參量振盪器及橘黃光雷射與寬波段波長可調之雷射，其中雙光學參量震盪器及橘黃光雷射是由增益調變週期性極化反轉鉭酸鈮晶體（periodically poled lithium tantalate）所研製，此樣品之設計分為兩部分：雙光學參量部分及上轉換部分，雙光學參量部分包含並聯雙週期（parallel bi-grating）與未極化反轉之空白區（spacer），而上轉換部分則由三週期串聯所組成。由於並聯結構之設計，雙光學參量部分能夠產生於空間上頻譜分布之雙旁波瓣（dual sidelobes）之參量震盪器，其雙旁波瓣各自對應到之信號光與閒置光波長為（980,1164）與（965,1186）奈米。此外，藉由和頻（sum frequency generation）所產生之585 nm黃光雷射，驗證了雙光學參量震盪器之空間模態重疊現象。最後，經由調控未極化反轉之空白區之寬度，雙光參震盪器與三色橘黃光之空間頻譜分布成功被調變。 本論文之第二項研究為於碟形二維週期性極化反轉鉭酸鈮晶體（2D PPLT）上研製寬波段波長可調之雷射。此碟型樣品成功消除司乃耳定律（Snell’s law）與菲涅耳方程式（the Fresnel equation）於長方形樣品之可旋轉角度之限制。藉由倒晶格向量（reciprocal lattice vector）G1,0，此樣品所產生之信號光波長可於0度到42度之旋轉角度內從787調變至620奈米。由於光譜儀之限制，其所量測到之閒置光波長僅由1648至1680奈米。本實驗所量測之頻譜數據與理論模型之計算結果一致。 圖一、三色橘黃光於4.5微米空白區時之模態 圖二、信號光產生波長對旋轉角度之實驗與模擬數據

— 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 —

利用光改進電子顯微鏡技術

在電子顯微鏡中將強烈雷射脈衝照射於電子束，可校正電子光學之球面像差，從而開創以光改善電子顯微成像之方法。

電子顯微鏡之成像解析度現已可突破 1 Å，得以觀測固體中之單一原子。然欲達此解析度，對電子束品質之要求極為嚴苛，且必須抑制不可避免之失真或像差。其中部分像差為電子光學系統所固有，例如因電子柱之圓柱對稱性所致之（正）像差。因此，需採用複雜且昂貴之破壞圓柱對稱性的電子光學配置，以矯正像差並實現高解析度成像。近年來，透過調控電子束之空間相位分布，已被證明可減弱像差。然而，所需之相位板仍遠非理想，因其常伴隨能量損耗，且隨時間逐漸劣化。

捷克查理大學 Martin Kozák 研究團隊於Nature Photonics文章中，展示了僅依賴強光場對電子所施加之力，即能校正電子光學球面像差[2]。作者在商用掃描式電子顯微鏡（Scanning electron microscope, SEM）中加入一光學聚焦元件，使雷射光逆向照射電子束傳播方向。於雷射光路中配置之空間光調制器將雷射脈衝塑形為環狀（如圖1所示），進而形成橫向光強梯度。此類梯度已知可對自由電子施加作用力。然而，在一階交互作用（單光子與單電子）中，能量與動量守恆使自由電子與光之間難以產生有效交互作用；相反地，強光場則可高效促成單電子與雙光子之交互作用。此一『三體』過程（‘three body’ process），稱為震動力交互作用（Ponderomotive interaction），正是該捷克團隊所採用的方法。

然而，對電子束施加光學力與明確展示電子束品質之提升，乃屬兩項不同課題。研究人員設計了一套巧妙方案，藉由在顯微鏡中引入特殊樣品以驗證改善效果。該『樣品』由兩束反向傳播之雷射光形成光學駐波，進而生成細緻且近乎完全筆直之光片（見圖1紅線）。當電子束聚焦於光片之前，若其不含任何像差，則電子可在空間中形成一點源。由此點源所發射之電子，將透過點投影方式於遠端探測器成像光樣品。在後續光路中若無額外電子光學元件，光樣品之影像大小即由點源、樣品與探測器間之相對距離所決定。對於理想電子點源而言，筆直之光片應在電子探測器上成像為筆直之線條。

當電子束中存在像差時，電子點源不再為真正之點，而更接近於線焦。束外緣之電子相較於束中心電子更早在空間中聚焦，反映出電子光學之（正）像差。由於光路中不再有其他電子光學元件，外緣電子之聚焦程度過強，其焦點位置更靠近電子透鏡，並遠離光樣品。因而樣品外部區域之放大率降低，導致成像失真，使原本筆直之線條呈現彎曲（見圖1a綠線）。

為了調控並最終消除電子光學像差，捷克研究團隊改變逆向傳播於電子束之雷射脈衝功率（見圖1b紅色環形）。此舉有效調整施加於電子束之震動力，並藉由引入負像差以抵消正像差。透過觀察電子探測器上所形成之影像並優化雷射功率，研究人員得以生成筆直線條。當線條呈現筆直時，無論電子以何角度成像光片，其放大率皆相同，顯示所有電子均源自光樣品前方空間之一點源；因此電子束已無像差。此方法亦可量化未經校正之電子束所存在之像差程度。更多實驗結果如圖2所示。

本研究展示以光學手段校正電子光學系統之像差。作者採用商用掃描式電子顯微鏡（SEM），並針對本實驗進行改裝。在類似配置中，透過整形雷射脈衝與電子之震動力交互作用，已被用以展示脈衝電子束之整形。亦有研究證實，可在SEM中藉由震動力作用實現電子之縱向整形與能量調制。此一脈絡可追溯至Kapitza與Dirac於1933年之洞見：光與物質之角色可逆轉—光不僅能散射於物質，物質（此處為電子）亦能散射於光。直至近七十年後，Kapitza–Dirac實驗方得以以電子完成。

此一研究方向將通往何處？目前，一個新興研究領域正逐漸形成，其核心在於光與自由電子之交互作用。當前工作對此領域作出了重要貢獻，不僅顯示可探討具根本意義之問題，亦揭示光–電子交互作用能為電子束控制提供新途徑，並可應用於如SEM等廣泛使用之儀器。若欲達成最高解析度之成像，則需依賴穿透式電子顯微鏡（Transmission electron microscopes, TEM）；然而，將全光學電子束校正技術推展至TEM，僅是時間問題。目前，由於SEM樣品腔體體積較大，幾近鞋盒大小，而TEM僅骰子大小，因此在SEM中插入新元件相對容易。將此方案推廣至非脈衝而以連續波模式運作之電子顯微鏡（成像顯微鏡之標準模式）亦將面臨技術挑戰。所需之雷射強度可能需依賴光學增強腔，以持續提供強烈之電子束校正光場；然而，光學增強腔與TEM之結合已於相關實驗中獲得證實。展望未來，若能將電子源與基於光之操控元件結合，並可能配合微光學與奈米光學元件，則有望發展出難以想像之微型儀器，甚至具備如基於樣品回饋之超快束流控制等新功能。