本所林晃岩教授研究团队（林晃岩教授、黄品茵硕士生、郭权锋博士生、廖浩廷博士生、吕名荃硕士生、章友铨硕士生）参加SID Display Week 2026举办之论文竞赛，荣获Distinguished Student Paper Award，并受邀发表为Jourl. of SID vol. 34, no. 5的Best of SID special section期刊论文，特此恭贺！

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

【之八】

撰文：光电所硕士班 陈以佳

上学期的修课

在先前的文章里分享过，根特的选课蛮自由的，除了根特大学的课程，也可以去选布鲁塞尔自由大学（VUB）光电所的课，总体来说就是这一年内要完成30 ECTS学分的课程及硕士论文的撰写（也占另外30 ECTS学分）。我的修课安排为上学期四堂课20 ECTS学分，下学期二堂课8 ECTS学分，另还有一堂占整学年的实验课为4 ECTS学分（总共32 ECTS学分）。本篇预计分享上学期的五堂课各自的形式、评分细节、修课心得等等，希望对之后参与本计划的学弟妹有所帮助。

Recent trends

这门课的核心目标，是让修课学生能掌握硅光子领域的最新趋势、热门题目与前瞻研究。学期一开始就会安排两人一组，挑选自己感兴趣的题目作为期末报告主题。整个学期会分阶段进行文献回顾、数据整理与分享，目标是最后产出一篇Review Paper（占总成绩40%）。评分标准包含同侪互评，也就是让其它组的同学扮演读者的角色，看看这篇报告是否够全面、可信、公正，以及对于陌生的主题是否能解释得浅显易懂、并对过去文献做合适的归纳整理。此外，期末还会上台进行口头报告（占总成绩40%）。

这门课非常弹性，内容会跟着当年度硅光子领域的研讨会或活动进行多元化的调整。我那届除了参加几场关于Photonic chip packaging和Metamaterials的在线研讨会，还有一次两天一夜的荷兰校外教学（参加IEEE Benelux）。每次参加完这些活动，都会有对应的在线测验，作为剩下20%的分数依据。

说真的，这堂课和我过去在台湾上过的课很不一样。没有固定的教材、没有作业练习也没有期中、期末考，除了开学介绍和期末报告必须亲自到场之外，其它时间大多是在线协作。虽然课程自由度很高也常常动态调整（例如老师学期中突然发现有趣的在线研讨会就会加入课程内容），但整体过程非常充实不马虎。这算是我修过最多元、弹性却仍保有高度学习成效的一门课了。特别是在写Review Paper的过程中，不知不觉就对该主题有了蛮深的认识，还顺便练成了LaTeX这项工具与专业写作技巧，真的是一次非常难得的经验。

Technological Processes for Photonics and Electronics: Laboratory

这门课是一门为期一整个学年的实作课，带领学生完整走过芯片制程的每一个环节。课程内容相当丰富且扎实，总共包含六至七次实验课以及一个学期末的项目实作。实验课程涵盖了半导体常见的制程流程与仪器操作，例如电子束微影（E-beam lithography）、干/湿蚀刻（Dry/Wet etching）、金属化（Metallization）、沉积（Deposition），以及该实验室独有的微转印技术（Micro transfer printing）。

由于无尘室空间有限，实验课以三人一组进行。每堂课前都必须研读大量的原理与操作步骤，进入无尘室前，助教会进行现场问答，确保每位学生都具备足够的背景知识。在实验过程中，助教会亲自带领操作并点出关键细节，我们则负责厘清重点、记笔记，并在课后完成相关问卷，这部分的课前准备、实验参与与课后反馈，总共占了学期总成绩的50%。

下学期开始则是项目实作阶段，分为芯片设计（使用Layout软件）、制作（部分自己动手、部分助教代劳）与量测分析三个步骤。课程重点在于制程体验与数据比较，因此设计阶段不包含复杂的软件仿真，我们主要是基于助教设定好的组件架构（如Ring resonator或MZI），自行设计不同造型的加热器，并透过最终的量测数据与理论值进行验证。项目结束后，每位学生都需缴交纸本报告，并参加教授的一对一口试（教授会针对实验流程的掌握度、报告中不合理的数据进行深入提问，并讨论潜在原因与改善方案），这部分报告加上口试表现，占了剩下50%的成绩。

这门课最大的价值在于让知识变得具体且实际。透过亲手设计、制作并量测出一片芯片，我深刻体会到各个制程间的连贯性，也较理解制程误差会如何影响结果，进而学会反思哪些环节该追求完美、哪些地方则无需过度纠结。相较于一般纸上谈兵的课程，这堂课给了学生极大的实战感，如果想要累积芯片制作经验，非常推荐修习这门课。

Optical Design of Non-Imaging Systems with Ray-tracing Software

这是我在VUB修过的唯一一门课。当时主要是被课程介绍吸引，想藉此学习光学追踪仿真软件（Zemax），加上想到每周能去比利时首都布鲁塞尔逛逛，便大胆选了这堂课。虽然选课时没找熟人，但后来幸运地发现朋友（昵称鲸鱼）也选了同一门，我们便在那段期间一起同甘共苦、共同成长。

这门课延续了根特大学与VUB一贯的弹性教学风格。特别是在疫情之后，学校建立了非常完善且公平的远程上课机制，每堂课不仅提供实体授课，还有同步直播与课后录像，对住在布鲁塞尔以外（如根特或安特卫普）的学生非常友善。老师完全不会因为学生缺席实体课而扣分，一切皆以学习成果为导向，这种务实的态度让我非常敬佩。

课程内容主要聚焦于Zemax的操作教学（若有人想自学并使用ASAP软件，老师也持开放态度）。老师准备的投影片非常详细，教学步骤也很有耐心。学期中会有几次练习作业，作为阶段性的学习评估，这部分可以选择个人或两人一组（我都是和昵称鲸鱼的朋友一起搭档），这些练习占总成绩的40%。

期末Project的自由度很高，主题不限，学生可以自行运用Zemax仿真复杂的光学系统，或是对同一个Benchmark进行Zemax与ASAP的模拟比对。评分标准除了缴交详尽的纸本报告外，还需出席教授的一对一口试。Project占了学期总成绩的60%，其中内容质量与完成度占30%，纸本报告完整度与口试表现（含QA）各占15%。

当时突发奇想地将这门课与我在台湾的硕士论文内容结合，我选定「OCT（光学同调断层扫描）」作为仿真主题。必须诚实地说，要在Zemax中完整重现整套OCT系统的难度极高，最终我选择折衷，专注于模拟OCT的干涉仪端，并成功在侦测器上呈现出干涉条纹的变化及干涉距离的比较。当初选这个题目，是想或许能将所学与硕士论文进行验证，虽然最后无法完整模拟量测环节，但老师对于这个主题的独特性（很少有人选清单以外的主题）及我报告的扎实程度给予了高度赞赏，这也为我修习这堂课画下了美好的句点。

Engineering Economy

这堂工程经济学是跨领域课程中的热门之选，修课人数将近70人，是我所有课程中规模最大的一堂。课程的核心不在于工程技术，而是藉由经济学的视角，带领我们分析工程项目及各类实际案例的经济效益。课程内容涵盖广泛且扎实，除了基本的经济成本分类、收益、净利、通膨与折旧外，更深入探讨了工程决策核心的经济理论与模型，例如：现值分析（Present Worth Analysis）、投资报酬率（ROI）、内部报酬率（IRR）、损益平衡点分析（Break-even Analysis）、敏感度分析（Sensitivity Analysis）与生命周期成本（LCC）等。此外，为了让我们理解复杂的商业生态，课程亦引入了长尾效应（The Long Tail）、规模经济（Economies of Scale）、成本效益分析（Cost-Benefit Analysis）以及各类定价策略与风险管理模型。这堂课就像是某些数学题的「终极进化Max版」，透过大量的Excel操作与数学运算，将抽象理论应用于实际案例，让人非常有感。

学期中共有四次主题练习，学生必须在课前自行研读教学影片与纸本教材，务必对定义与公式了如指掌。建议充分利用课程平台提供的练习题，因为在实体分组练习时，我们需要迅速进入案例情境，与组员合作进行复杂的数据分析、比较与呈现，过程中必须精准考虑各项细节与变量的相互影响。这些主题练习的参与度与结果，共占总成绩的25%。

剩余的75%则由期末纸本考试决定，包含两大区块：一半是理论问答，全为选择题，但考验对文字定义与分类的细节理解，难度颇高；另一半则是计算题。这些题目如同前述，是极具挑战性的实务应用题，但只要练习充足，在运算过程中保持冷静、不忙中出错，应该都能得出正确解答。

总体而言，这是一堂非常特别的课程。在硕士阶段，能有时间与精力跨领域学习非工程类的专业知识，是非常珍贵的机会。这门课的经济学深度远远超过一般的概论，学习过程充满挑战，但当真正厘清观念并融会贯通时，那份成就感也确实难能可贵。如果你对数学不排斥，真的很推荐拨空修习，不过也要提醒，这门课确实需要投入相当多的时间与精力。

VLSI Technology and Design

这是一门兼具高度实作与深厚理论的课程，学期成绩由Project（35%）与期末一对一口试（65%）组成。这门课最特别的地方，在于它不是单纯的软件练习或死背考卷，而是要求你将集成电路设计（IC Design）的理论，应用在真实的Project设计上。

Project部分的题目是为LCoS微显示器设计并Layout一个驱动电路用的动态移位缓存器（Dynamic Shift-Register）。我们两人一组，学期中开始，每周固定拨出两小时到计算机教室使用Cadence软件进行实作（因为软件授权限制，无法安装在个人笔电）。依据Project的要求，我们必须完成电路设计（Schematic）、仿真（分析频率与漏电流），并将Layout的间距（Pitch）精准控制在20μm。过程中在电路效能、芯片面积，以及强光环境下造成的漏电流影响之间不断尝试与平衡，考验我们对于晶体管参数调整的逻辑（在纸本报告中也需叙述清楚设计逻辑）。

至于期末考试，则是与教授进行一对一的口试。老师直接打开课堂投影片，随机挑选某几页问你：「这页在讲什么？重点是什么？」 口试范围就是上课所教的知识，涵盖了半导体物理（如能带理论、MOSFET工作模式）、IC制程（如蚀刻、沉积）以及电子封装（如Wire bonding、Flip-chip）等知识。

总结来说，这门课对光电所学生来说很不容易。这堂课是我初次尝试学习IC设计领域的一些知识，如此严谨的教学模式下，每周还要额外花时间去计算机教室报到，而且期末口试的压力也不小。实际修课之后，我会比较推荐原本就有背景基础的人（例如电机系或电子系）再去学习会更有帮助，或者也推荐给想额外挑战光电所较少教授的IC设计课程的人去尝试。【精彩内容，下期待续～】

撰文：光电所硕士班 林宇凡

欧洲的教堂

在欧洲旅游，教堂是每个城市必去的景点。基督教在欧陆传播千年，教堂早已不只是神权的象征，更是城市文化的中心。若想要到最有韵味的旧城区一逛，寻找当地最大的教堂便是。此外，欧洲多小城，且旧城区通常保护良好，建筑时会刻意避让宏伟的历史古迹，故我们游走在城镇里头，只要抬头，很容易就能看见教堂哥德式的塔楼矗立，方便我们辨识方向。

在根特，有著名的根特三塔，分别是：圣巴夫主教座堂、根特钟楼和圣尼可拉斯教堂。此三栋建筑物比邻而居，矗立在根特旧城区最精华的位置。在两座教堂前面皆有广场供人们聚集休憩，之前提过的圣诞市集便举办在这里。我特别想提到的是圣尼可拉斯教堂前的广场，每到周末下午，人潮熙熙攘攘，处处可见旺盛人气，行人、脚踏车、轻轨相互穿行。若有妖物以人的精气为食，站在这里，必可以满载而归。

圣巴夫主教座堂位于旧城区东侧，是当地最重要的教堂，但说实在的，在我看起来跟圣尼可拉斯教堂相去不远。当时还很困惑这两间教堂盖那么近究竟有何意义，会不会有教区重迭之类的问题。后来询问AI才知道，原来圣巴夫是属于「皇家与主教」的顶层象征，而圣尼可拉斯则是紧邻码头、由当地「富商与平民行会」出资兴建的。一间代表权力核心，一间代表庶民经济，两者并存反而见证了根特中世纪时的富裕与多元。

在教堂里面坐着会有一种特别的感受。在描述这种感受前，我要郑重澄清，我不信教，可以先把我当成一个无神论者。在教堂里，会是一个巨大的空间，厚重的石墙隔绝了外界所有的杂音，令人忍不住放轻脚步。更因为如此，我们能听到许多以往听不到的声音，例如教堂内管风琴的鸣叫、周遭旁人的步伐、袖口摩擦裤管的声响，甚至自己的呼吸和心跳。这种对声音的「掌握」就像聆听交响乐一般，使人感官得到共鸣。正因如此，教堂的魅力是如此吸引着我，以至于每到一个城市，必定会去参观它的教堂。

其中，哥德式的教堂是我的最爱。例如位于德国的科隆大教堂，立面上繁复的装饰与高耸的尖塔，在宗教的神圣氛围下，因各种文学作品的烘托而带有一种深幽吊诡的气息；在阳光照射下，更呈现出一种金黄色的质感，沉淀着古朴的重量。巴黎圣母院则是哥德式建筑的代表，拥有特有的飞扶壁结构与用于分散重量的尖拱。站在教堂内，阳光穿透北侧直径13公尺的玫瑰花窗，七色光映入眼帘，破碎如波光粼粼的海面。圣母院在2019年曾遭祝融，木制塔楼全毁，暂停开放并修复了好长一段时间。幸运的是，在我离开欧洲前它及时完成修复，让我有机会登上这座巴黎的象征。

位于土耳其伊斯坦堡的圣索菲亚大教堂则是完全不同的体验。确切来说，它现在已不是教堂—在鄂图曼土耳其突破君士坦丁大帝的防线后，便被改建成了清真寺，但依旧保留了拜占庭式建筑最大的特色：无比宽大的巨型圆顶。走在这座建筑之中，深刻感受到历史改变的瞬间就在眼前，一眼万年，我想，这就是所谓人文的厚度。【全文完】

Structural properties of granular Bi thin film grown on Si(111) substrate

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

Bismuth is a semimetal with interesting physical and electrical properties [1-2]. Recently, Bi has been used in the ohmic contacts of electronic devices, exhibiting nearly surface pinning free behavior [3]. In the van-der-Waals epitaxy of the granular Bi thin films on (111) Si substrates, Bi hexagonal bilayer was shown in a 6 to 7 registration with the Si (111), corresponding a strain of ~2% [4]. Recently, we proposed a coincidence-site lattice model to generalize the registrations of Bi (0003) on Si (111) [5] In this work, we investigate the granular characteristics of textured Bi grains on Si (111). The squared Williamson-Hall and Halder-Wagner methods [6] were used to analyze the full width at half maximum (FWHM) of XRD peaks, allowing the separation of the size and strain broadening and thereby enabling the determination of the average grain size and microstrain. The latter represents the variation in strain distribution, induced by lattice imperfections. The results of grain size are shown in Fig. 1. We found that the vertical grain size exceeds 40 nm. For samples with thickness <40 nm, the size broadening is limited by the thickness. The presence of the grain boundaries in the thicker samples could explain their rapid strain relaxation. Fig. 2 shows the relationship between the average strain, determined from Bragg’s angle, and the microstrain. For samples with a thickness <40 nm, both the average strain and microstrain are on the order of 10^-3. In these samples, grains are formed on the growth plane. The high microstrain suggests that each grain of the sample has a different thickness and registration. According to ab initio calculations [4], for ultrathin free-standing Bi, the lattice constant c increases with the increasing thickness. In addition, different coincidence-site lattices result in different strains [5]. However, as the thickness increases, the strain in each grain is gradually released and the microstrain correspondingly reduces to the order of 10^-4.

Reference:
[1] Y. Liu, and R. E. Allen, Phys. Rev. B 52, 566, 1995
[2] B. Seradjeh, J. S. Wu, and P. Phillip, Phys. Rev. Lett. 103, 136803, 2009
[3] P. C. Shen, C. Su, Y. Lin et al., Nature 593, 211, 2021
[4] S. Yaginuma, T. Nagao, J.T. Sadowski et al., Surface science 601, 3593, 2007
[5] C.-H. Wu, C. Chou, and H.-H. Lin, Scientific Reports 13, 19769, 2023
[6] S. A. Hassanzadeh-Tabrizi, J. Alloys Compd. 968, 171914, 2023

论文题目：异质整合VCSEL数组封装于共同封装光学系统之光机电整合设计与结构完整性分析

姓名：林恭安   指导教授：吴肇欣教授

摘要

本论文探讨应用于高密度共封装光学（Co-Packaged Optics, CPO）之异质整合垂直共振腔面射型激光（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser, VCSEL）数组封装，聚焦于机械–光学协同设计与结构完整性最佳化。随着人工智能（Artificial Intelligence, AI）与高效能运算快速发展，数据中心对高频宽、低延迟及低功耗光互连的需求日益提升，推动共封装光学与异质整合封装技术的快速发展。本研究以VCSEL数组之翻晶接合（flip-chip bonding）封装为核心，系统探讨封装制程中热–机械效应对组件可靠度及光学性能之影响。研究针对金凸块（Au bump）平整化制程、键合对位精度及键合头设计等关键制程参数，分析其对接触应力、裂纹形成、封装变形及发光均匀性之影响。研究结合有限元素分析（FEA）仿真热压接（thermo-compression bonding）过程中的应力演变与变形行为，并透过光学量测、电性分析及可靠度试验进行验证，以建立机械应力与光输出亮度之间的定量关联。进一步建立应力–亮度分析架构，整合接触力学、热传效应及光发射行为，厘清多物理耦合机制对VCSEL封装性能之影响。研究结果显示，适当控制封装应力与键合条件，可有效提升电性接触效率、降低局部应力集中及裂纹风险，并改善发光均匀性、光输出效率及组件长期可靠度。此外，本论文亦探讨晶粒对晶粒（die-to-die）键合架构及基板中介层（interposer）之异质整合平台，提出兼具高良率、机械稳健性与优异光学性能之封装设计准则。图一所示为VCSEL数组与Interposer之异质整合封装架构，可呈现本研究分析之封装平台与光电组件配置；图二则说明共封装光学于AI与HPC系统之应用情境，突显本研究于高速光互连、高频宽传输及高可靠度光电封装之重要性，可支持新世代AI数据中心及高速光通讯系统之发展。 图一、VCSEL数组封装与Interposer异质整合之结构示意图，呈现研究对象及flip-chip封装架构。 图二、AI/HPC应用情境示意图，说明本研究之应用背景与未来发展。

— 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 —

超快向量手性光学显微技术

超快手性光学讯号（ultrafast chiroptical signals）在空间与时间上同时成像一般公认极具挑战。如今，能够编码偏振信息的离轴多任务全像术（multiplexed off-axis holography）使得研究人员得以在超快广视角条件下，对样品的瞬态光学活性（transient optical activity）、相位与吸收进行成像。

在光学领域，手性表现为材料对左、右旋偏振光的差异性响应。此特性在物理、化学与生物学中具有关键意义，影响范围涵盖分子识别乃至复杂材料的自旋–轨道耦合动力学。其量化通常依赖光学方法，如圆二色性（Circular dichroism, CD）与旋光色散（Optical rotatory dispersion, ORD）。

在超快时间尺度下同时实现高空间分辨率的手性光学讯号探测，长期以来皆面临重大挑战。由于讯号本质微弱，时间解析测量必须在低强度的手性背景上捕捉光致激发所造成的细微变化。因而，超快手性光谱技术历来仅能进行空间平均的测量。

另一方面，超快广视角显微术在过去十年间取得了显著进展，尤以瞬态吸收成像为代表。这些方法揭示了多种材料中载流子动力学、扩散与无序的空间异质性。然而，它们通常仅探测纯量可观测量，因而无法全面捕捉光–物质交互作用的向量特性。迄今所缺乏的，正是一种能在单一实验平台上结合超快时间分辨率、宽视角空间成像以及完整偏振灵敏度的方法。

如今，Hörmann等人于Nature Photonics报导，透过离轴多任务全像术提出了一种超快广视角手性光学显微镜（图一[1]），以响应此一挑战[2]。其核心概念在于将超短探测脉冲的两个正交偏振分量编码至傅立叶空间的不同区域，使得与各分量相关的复数电场能在每一个影像像素中独立重建。藉由这些场解析测量，可获取局部偏振椭圆，进而在空间与泵浦–探测延迟的函数下同时检索圆二色性（CD）与旋光色散（ORD）。与此同时，该方法亦能存取瞬态吸收与瞬态相位影像，从而提供超快光学响应的向量化描述。

此平台的一项关键优势在于其对强度噪声的内在抑制。在传统的超快手性光学测量中，探测光强度的波动往往主导噪声来源，并严重限制灵敏度。在此方法中，手性光学可观测量是由偏振分量之间的相对振幅与相位差所提取，而非依赖绝对强度变化。这使得测量对共模振幅噪声基本不敏感，其性能可与光学桥式检测相媲美，同时将此能力延伸至宽视角成像配置。正如Hörmann等人于论文中所详述，这种噪声抑制源自于单帧内的全像平衡以及快速的泵浦开/关差分。

作者进一步以有机–无机混合钙钛矿为样品展示此技术的能力，其中强烈的自旋–轨道耦合使得圆偏振激发能选择性地填充自旋极化态。在溴化铅甲胺钙钛矿（methylammonium lead bromide）中，该显微镜解析出横跨数十微米视野的法拉第旋转—表现为旋光色散（ORD）的变化—从而在实空间中捕捉皮秒尺度的自旋弛豫动力学。透过系统性比较相反旋向的圆偏振激发与线偏振激发，测量结果得以区分真正的手性光学响应与非手性的电子贡献，凸显了向量化重建的稳健性。

在混合卤素钙钛矿上的实验提供了进一步的洞见，其中宽视角手性光学影像揭示了微米尺度的区域，呈现瞬态旋光色散（ORD）符号相反的特征。乍看之下，这些图样可能被误认为是具有相反磁化的自旋区域。然而，瞬态相位影像的存取证明至关重要。透过将ORD与光学相位变化相关联，并调整探测光子能量，作者显示所观察到的空间异质性源自于局域能隙变化，而非真正的自旋区域形成。此例突显了一个更广泛的意涵：若缺乏向量化信息，超快手性光学成像可能会将不同的物理机制混淆，因为它们在基于强度的对比中呈现相似的表征。

超越均匀照明的超快成像，此平台亦能在真实空间中探究超快自旋传输。透过具绕射极限泵浦点列阵的图样化激发，作者追踪自旋弛豫与载流子扩散随激发密度变化的耦合演化。测量结果显示，随着激发密度增加，伴随着更快速的空间传输以及更迅速的自旋极化消失，这与增强的载流子–载流子散射相符，并反映在超快时间尺度下自旋与电荷动力学之间的竞争。此类行为若仅依赖空间平均测量，则难以加以区分。

超快全像手性光学显微术的潜在影响远不止于钙钛矿（perovskites）。在手性电浆子与超材料系统中，此技术可阐明奈米尺度几何如何支配超快光学活性。对于复杂材料与生物样品，时间解析偏振成像或可揭示瞬态构象动力学与手性激发，这些现象往往难以透过传统显微方法加以探测。更广泛而言，能够在空间中映像超快偏振动力学，开启了偏极化量测的新契机，使光成为对称性探测、手性与自旋相关交互作用的敏感工具。

更广泛而言，超快全像手性光学显微术展现了向量化超快光学的优势与潜能，在此框架中，振幅、相位与偏振被视为同等重要的可观测量。

然而，挑战仍然存在，包括光学装置架构的实验复杂性，以及需控制由离轴几何与高数值孔径成像所引入的向量化偏振像差。然而，这些限制主要属于技术层面，而非根本性问题。Hörmann等人于本研究中对此议题的审慎处理，显示出该方法迈向更广泛应用与进一步发展的明确途径。

透过在单一平台中结合超快时间分辨率、宽视角成像与偏振敏感检测，超快全像手性光学显微术为研究手性与自旋相互动力学提供了一条强而有力的新途径。此技术代表着迈向在超快时间尺度下观察，并最终操控向量化光–物质交互作用的重要一步。