期刊俱樂部 2018 | 田邊光子結構組

期刊俱樂部

按年份（4 月至 12 月）

2018 財政年度。

提出者：

電子與光電技術是支援工業的關鍵技術，但這兩種技術在晶片上的整合歷來都是一大挑戰。然而，將這些技術應用於大量應用的成本卻高得令人望而卻步。
因此，本研究透過導入多晶矽層，將光電技術整合至 CMOS 製程中。實驗證明，各種光學元件，例如波導結構、高速調變器及光電偵測器，都可以在 CMOS 製程中與電晶體一起整合在單一晶片上。

提出者：

在本文中，我們提出了一種金屬-絕緣體-金屬 (MIM) 壓力感測器，它由兩個等離子波導和一個雙方環諧振器組成。兩個方環透過位於兩者之間的矩形貼片連接。有限差分時域法 (FDTD) 已用於模擬該裝置。在結構上施加壓力，它會變形，並計算出共振波長有 103 nm 的紅移。所提出的光電離子壓力感測器具有 16.5nm/MPa 的靈敏度，而這 16.5nm/MPa 的靈敏度是由於光電離子壓力感測器的結構所產生的。所提出的光電漿壓力感測器具有 16.5nm/MPa 的靈敏度，使其非常適合用於生物和生物醫學工程。.

提出者：

以可靠且非侵入性的方式光學擷取奈米級微粒的能力，已成為奈米科學的重要能力。因此，包括等離子奈米結構在內的各種技術已被引入奈米級微粒的擷取。然而，基於等離子體學的奈米光學鑷子，由於在金屬中的高損耗，面臨焦耳熱的問題。在此，本研究實驗性地展示了一種非等離子方法，即使用矽奈米天線進行奈米微粒的光學誘捕與傳輸。在此，我們擷取了直徑為 20 奈米和 100 奈米的聚苯乙烯奈米粒子，並使用螢光顯微鏡追蹤其位置與時間的關係。這顯示單一奈米天線可以同時捕獲多個奈米粒子。此外，還展示了奈米天線的模擬結果，預測會有增強的光學作用力與輕微的熱量產生。這項研究證明，矽奈米天線可實現奈米粒子的光學誘捕，而不會產生有害的熱加熱效應。

提出者：

“側向石墨烯 p-n 結非常重要，因為它們構成了各種電子/光學元件的核心元件。然而，由於石墨烯的單層特性，形成具有可控摻雜水平的側向石墨烯 p-n 結仍然是一個巨大的挑戰。在此，透過選擇性離子植入及動態化學氣相沉積的原位生長，可直接形成具有空間控制和可調式摻雜的無縫橫向石墨烯 p-n 結。在硼摻雜和氮摻雜的區域中都實現了氫原子的替代，而光電評估顯示，在硼摻雜和氮摻雜的區域中都實現了氫原子的替代。由於離子植入是微電子的標準技術，我們的研究提出了一種簡單有效的策略來大量生產石墨烯 p-n 結。.「，引自 [Gang W Wang], 」As ion implantation is a standard technique in microelectronics, our study suggests a simple and effective strategy for mass production of graphene p-n junctions with batch capability and spatial controllability, which can be readily integrated into the production of graphene-based electronics and photonics..「，引自 [Gang Wang, et al 」Seamless lateral graphene p-n junctions formed by selective in situ doping for high-performance photodetectorshigh-performance photodetectors”, Nature Communicationsvolume 9, Article number: 5168 (2018)].

提出者：

檢測軌道行星誘發的主星微弱徑向速度偏移是發現和描述行星的一項重要技術。光學頻率輻射梳能夠校準恆星的徑向速度偏移，達到偵測地球類似物所需的水平。一種以晶片為基礎的新裝置 - Kerr soliton 微梳子，其特性非常適合用於實驗室以外的無處不在的應用，甚至是未來的太空機載儀器。此外，微蜂巢光譜非常適合天文光譜儀的校準，可省去天文光譜儀校準所需的濾波步驟。在此，為了校正天文光譜儀，我們展示了原子/分子線參考的近紅外線孤子。在 Keck-II 望遠鏡上進行了搜索已知系外行星 HD 187123b 的工作，這是微小光斑的首次現場展示。Keck-II望遠鏡是首次在現場展示微小光斑。.

提出者：

物聯網使用許多無線感測器來取得實體環境 (溫度、濕度、氣壓) 的資料，並有許多可能的應用，包括環境量測、醫療照護感測器、智慧城市和精準農業。無線感測器可收集、分析和傳輸有關環境的資料。一般而言，物網中使用的無線感測器主要由電子裝置組成，在許多情況下可能會受到電磁干擾。光學感測器不會受到電磁干擾的影響，因此在惡劣的環境中具有顯著的優勢。此外，透過引進光共振來增強光的互動性，以共振器為基礎的光學感測器可大幅提升無線感測器的能力與彈性，提供精巧、靈敏且多功能的功能。在本研究中，首次展示了基於耳語廊模式 (WGM) 光共振器的無線光子感測器節點。

提出者：

近年來，光學漩渦等具有軌道角動量 (OAM) 的光束研究十分活躍，但不僅能偵測而且還能測量特定值的裝置一直局限於體積大小。在本研究中，我們使用新的 CMOS 相容電漿拓樸絕緣體 Sb2Te3 來製造微型 OAM 量測裝置。
與傳統使用的材料 (例如金) 相比，所提出的拓樸絕緣體在紫外光至可見光範圍內具有優異的特性，並能以 -20 dB 或更低的串音實現高度精確的 OAM 量測。
拓樸絕緣體、OAM 和表面等離子極化子也會在當天簡要介紹。

提出者：

光學陀螺儀可利用 Sagnac 效應偵測旋轉速度。基於此原理的陀螺儀非常適合納米光學結構的微型化。然而，陀螺儀的信噪比通常會受到熱波動和製造不匹配的限制。由於微尺度的信號強度相對較低，整合式奈米光子陀螺儀至今尚未實現。
在本研究中，使用了一種稱為「互惠靈敏度增強」的新方法來抑制熱波動和製造失配，從而產生了一種超小型陀螺儀。此陀螺儀比傳統光纖陀螺儀小 500 倍，但靈敏度卻高出 30 倍。

提出者：

2018 年諾貝爾物理學獎已頒發一半給亞瑟‧阿什金 (Arthur Ashkin) 的光學鑷子及其在生物系統的應用，而Strickland 博士是 210 位諾貝爾獎得主中的第三位女性。在演講中，將簡單介紹今年獲獎的科學工作，然後介紹 Strickland 博士的最新工作。Strickland 博士研究小組的最新成果。皮秒、雙色 (1025 及 1085 奈米) 光纖耦合、啁啾脈衝放大 Yb:fibre 雷射。.

提出者：

水晶諧振器作為一個基礎平台，在極廣泛的應用領域，包括孤子產生、低雜訊微波產生和頻率穩定等方面，已經引起了人們的關注。
因此，在本研究中，透過將氮化矽波導的光插入具有空氣橋接結構的矽波導，實現了晶片上的高效耦合。
與使用錐形纖維耦合相比，這種方法更堅固，更適合包裝。

提出者：

電子振盪器電路被廣泛應用於從電信到時鐘生成的各個領域。電子振盪器電路的這些非理想性是設計光電振盪器的動機。電子振盪器電路的這些非理想性是設計光學和電子振盪器的動機。.

提出者：

摻铒光纤放大器是波分复用/波分复用技术中的关键设备。 EDFA 的建模任务计算成本很高。在本文中，我們研究如何應用多層前向神經網路來建立 EDFA 的模型。.

提出者：

近年來，纖維素材料作為傳統塑膠的替代品，在環保問題上再次引起人們的興趣。在本研究中，我們利用軟光刻技術製造了羥丙基纖維素 (HPC) 的光子和電漿結構。這種纖維素光子晶體具有生物適用性，可在各種溶劑（如水）中降解，並可透過光子結構著色，且具有增強的光致發光效果。此外，研究還顯示透過形成具有金屬鍍層的等離子晶體，該等離子晶體可用作表面增強拉曼光譜。

提出者：

將光諧振器整合到微流體裝置中的光流體染料雷射可靈敏偵測少量和低濃度的物體。在本研究中，我們利用微液滴光學共振器實現了基於佛斯特共振能量轉移 (FRET) 的多色雷射。在此，我們產生了含有香豆素 102 的單分散微液滴。這些球形液滴可作為whispering gallery-mode光學諧振器，並在波長約為470 nm的波長下輻射。液滴諧振器中增益介質的成分可以改變，而波長也可以透過在流動的液滴中引入羅丹明 6G，從藍色變為橘色 (~590 nm)。在 Rhodamine 6G 激發期間，沒有觀察到香豆素 102 發射。在本研究中，在同一液滴諧振器中控制輻射顏色的能力，使得在諧振器中或諧振器周圍持續檢測多種類型的目標分子成為可能。

提出者：

光纖與晶片、晶片與晶片、晶片與晶片等之間的介面，向來是光電元件整合的一大挑戰。傳統的方法需要高精度的對位以及精確考慮模式特性的調整。在本研究中，在光纖與晶片的端面上形成 3D 列印光束形成元件，以提高耦合效率。此外，光束形狀和傳播方向使用 3D 列印的自由曲面鏡進行調整，並使用多個鏡片對光束進行擴展。這使得多晶片整合的效能大幅提升。

提出者：

網際網路傳送每秒數百 Tbit 的資訊，卻消耗全球 91 TP3T 的耗電量。為了減少能源消耗，需要更高效率的通訊光源，而能源消耗正以每年 20-301 TP3T 的速度增加。在目前這樣的趨勢下，使用單一梳狀光源取代同時使用許多雷射光源，可望達到節省能源與空間的目的。在這項研究中，我們使用 AlGaAs 製成的波導，成功地產生了效率高達 661 TP3T 的梳狀光源。使用此梳狀光源進行資訊通訊，可達到 661 Tbit/s。

提出者：

光學元件、光學隔離器只允許光沿一個方向傳播，在廣泛的應用中非常重要。聲波的非對向傳播可透過使用旋轉機械元件來實現。在本研究中，類似的想法也應用在光波上，並嘗試實現光隔離器。然而，光波的速度遠快於音波，因此需要相當的旋轉速度才能達到相同的效果。高速旋轉會造成軸向模糊，使得諧振器與波導之間的距離難以維持，臨界耦合也無法維持。因此，人們採用了其他方法進行隔離。
因此，利用 HDD 的流體力學原理，磁頭以奈米級的精確度從磁碟上冒出，在離諧振器幾奈米的距離就能達到耦合。在本實驗中，藉由諧振器的高速旋轉來分割順時針與逆時針模式，以達到 99.61 TP3T 的隔離效果。

提出者：

智慧型運輸系統 (Intelligent Transport Systems, ITS) 是一種基礎建設技術，例如用於控制交通燈。本研究提出一種雷達感測器，可同時執行 ITS 所需的三項技術任務：交通量測量、速度測量及車輛類型區分。

提出者：

對熱、光或磁場等刺激做出反應而改變形狀的軟性材料具有許多應用潛力，從柔性電子和軟性機器人到生物醫學挑戰，例如藥物傳輸和生物組織工程。尤其是在需要遠端操控材料並在密閉空間移動的醫療應用上，磁場的使用更是大有可為，但目前的製造方法只能誘發簡單的形狀變化。
本研究提出了一種打印軟性材料的技術，該材料可在不到一秒鐘的時間內被磁力激活並變形：通過磁化 3D 打印機的噴嘴以及控制矽橡膠基體中鐵磁微粒的排列，可以製造出可逆轉和動態變形的結構。製造出來的材料可經過編程來執行各種有用的動作，例如旋轉、跳躍和抓取物件，預期將有廣泛的應用。

提出者：

具有等距頻率分量的光學頻率梳是現代頻率計量、精密光譜學、天文光譜學、超快光學和量子資訊工程的基礎。近年來，隨著時間諧振器孤子的觀察，利用具有超高 Q 值的單片微腔中的克爾效應和拉曼效應等非線性特性的晶片級頻率梳取得了進展。然而，無論是在微腔或光纖共振器中，一般都很難藉由電場來調整雷射共振器中的波長色散，而波長色散決定了光梳的形成。這種電動控制將光學頻率梳與光電連結在一起，使各種光學梳在單一諧振器中輸出，並具有快速方便的可調性。由於石墨烯具有非凡的費米-狄拉克（Fermi-Dirac）可調性和超快的載子遷移率，因此它具有由其光導電性決定的複雜光學色散，而光導電性可透過閘極電壓進行調諧。在此，我們將閘極可調光電導引入氮化矽微光諧振器，並透過改變二階和高階波長色散，展示了石墨烯基閘極光學頻率梳的諧振器內可調性。

提出者：

在報告中，我們展示了如何利用雷射光有效地捕獲氣泡，並透過移動雷射光束的位置，將氣泡透過液相傳送到所需的目的地。此效應所依據的物理原理相當複雜，但卻相當普遍，因為它來自於有限的二維、眾所皆知的馬蘭戈尼 (Marangoni) 效應。以顯微鏡為基礎的實驗系統包含一薄层液體，放置在兩片含有染料的玻璃板之間。此點狀熱源會局部改變附近液體與空氣界面的表面張力。由於溫度梯度的關係，光觸發的馬蘭戈尼流會被誘發，導致效應的自我放大並形成大規模的漩渦。介面朝向光束位置彎曲，可在適當的光束轉向下形成氣泡。我們使用各種技術（使用發光粒子或液晶），將界面切向力所推動的液體流視覺化。這有助於我們了解該現象的物理原理，並分析導致氣泡捕集的伴隨效應。透過控制雷射光介面彎曲 (即「液滴彈射器」) 誘導玻璃表面上無柄液滴移動的操控方式，也被展示出來。也進行了展示。.

提出者：

在現代癌症治療中，活檢方法需要進行組織學分子和基因組分析。對於具有腫瘤內異型性的癌症，在單一步驟中準確定位並充分取樣對於降低病患風險非常重要。在本研究中，我們提出一種技術，可在收集過程中透過拉曼光譜進行原位癌細胞識別，並展示癌症檢測結果。

提出者：

使用有機半導體可以製造出重量輕、機械靈活的光電裝置。然而，大多數有機半導體雷射仍然是「僵硬」的，部分原因是它們需要基板來支撐。在本研究中，我們利用簡單的製程，製造出無基板的超薄 (<500 nm) 薄膜型 DFB 雷射，實現了超輕量與高彈性。這種輕量化與高彈性的特性，未來可應用於隱形眼鏡、鈔票等安全與醫療等領域。

提出者：

在本研究中，我們成功地在不破壞 PT 對稱性的情況下，在矽晶諧振器中產生自發的手性。這種圓二色性是由於非線性效應造成的 CW 與 CCW 之間耦合的變化。實驗證明，當輸入光強度超過幾百 uW 的臨界值時，非線性效應會受到影響，並產生約 20:1 的圓二色性。.

提出者：

軟性機器人是一種能夠很好地適應人類和自然環境的安全機器人，近年來已經有各種不同的發展。然而，要使用軟性材料製造軟性機器人的所有部件非常困難，因此有必要在某些部件中使用金屬材料。本研究開發了一種章魚形的軟性機器人，其中所有的零件都是由軟性材料製成，不使用金屬。該機器人不需要連接外部電源，並可利用催化反應使其自主運作。

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