期刊俱樂部 2017 | 田邊光子結構組

期刊俱樂部

按年份（4 月至 12 月）

2017 財政年度。

提出者：

矽是微電子和整合光電子的絕佳材料，但目前尚未有直接在矽晶片上光刻 3D 結構的技術。
我們展示了利用雷射製造複雜的三維結構，以 1 µm 大小的點和任意長度的棒狀結構為基本單位。經雷射改變的矽不僅可以在晶片內形成各種光學元件，還可以透過化學蝕刻形成任意的三維結構。

提出者：

為了以奈米尺度重現各種鮮豔色調的色彩，將奈米矽盤的特性與鋁和銀等離子體元件的特性進行比較。在不同的幾何和照明條件下，這些金屬和介質諧振器的各種特性都得到了強調，從而優化了矽奈米圓盤陣列，用於生產高分辨率的色彩特徵和毫米級的繪畫複製品。

提出者：

在本研究中，利用不對稱的特定微光諧振器展示了寬頻光動量轉換。輸入到諧振器的光的混沌軌跡在幾皮秒內產生不同耳語廊模式之間的高效耦合。我們也報告了使用這種動量轉換成功產生三次諧波的情況，其效率比傳統系統高出三個數量級。

提出者：

實驗分析並顯示了基於單層石墨烯的次波長光完美吸收結構。完美吸收的機制是由於與二維波導模式的臨界耦合。在波長 1526.5 nm 處顯示了一個 FWHM 為 18 nm 的吸收峰，吸收率超過 991 TP3T，與製造結構（週期間距 1230 nm）和模擬結果非常吻合。除此之外，還透過模擬分析了結構的幾何參數以及光線入射角的影響。本文所介紹的吸收結構在目前的研究中，對於光偵測器與光調變器的設計有很大的潛力。

提出者：

結構色素有潛力取代有毒的金屬氧化物和合成有機顏料，並能夠在不使用染料的情況下製造出不褪色的光譜。然而，要達到與工業應用相容的全系列顏色與製程所需的對比度，仍存在重要的挑戰。在本研究中，我們提出了一種簡易的解決方案，以創造出受鳥類羽毛啟發的結構色彩。我們設計了具有高折射黑色素核心和低折射二氧化矽外殼的核殼奈米粒子。我們使用有限差分時域法來設計這些奈米粒子。這些奈米微粒使用單鍋反向乳化製程進行自我組裝，形成明亮、不模糊的微粒聚合體。只需結合兩種材料 - 合成黑色素和矽石 - 就能產生完整的顏色光譜。這些聚合體可以直接添加到油漆、塑料和塗料中，也可以用於抗紫外線油墨和化妝品中。

提出者：

在本研究中，光卡梳和孤子的產生是透過脈衝列而非 CW 光的激發來實現的。孤子是以接近諧振器泵浦中心 FSR 的重複頻率激發而產生的。孤子被鎖定在激發脈衝上，因此孤子的重複頻率和載波包络偏移頻率可以透過調諧激發脈衝來進行光學控制。其優點在於，相較於 CW 光激發，孤子可以在較低的功率（平均功率）下產生，而且單個或多個孤子的產生可以透過調諧激發脈衝來明確控制。

提出者：

GaAs 等 III-V 化合物半導體奈米線在光偵測器、雷射、感測器等領域都有潛在的應用。由於帶隙可以透過改變晶體結構（如 WZ 型或 ZB 型）來控制，因此需要觀察技術來確定製成元件的晶體結構。在本研究中，晶體結構是透過二次諧波產生的極化依賴性來映射強度分佈。此方法與傳統方法不同之處在於它是非破壞性且可在室溫及空氣環境下操作。

提出者：

使用微光諧振器產生的光孤子對於大規模的光相干通信非常有利。透過調變連續光源所產生的低雜訊、平滑且寬頻光譜孤子梳的每個載波上的訊號，已達到每秒超過 50 terabits 的通訊容量。此外，還證明了使用孤子梳進行相干接收的可行性。這項工作證明了以晶片上的微光諧振器取代 WDM 中使用的 CW 雷射陣列的可能性。

提出者：

可根據外部刺激調整形狀的振動材料在醫療和機器人領域的新應用中備受關注。舉例來說，液晶網路可以透過程式設計，在刺激物（例如光線）的誘導下變形為不同的形狀。在液晶聚合物薄膜中加入偶氮苯分子通常會使薄膜具有光響應性，但在大多數情況下僅研究了薄膜的彎曲響應，而光異構化後的鬆弛速度要慢得多。在本研究中，我們報告了製造光活性聚合物膜的方法，藉由將偶氮苯衍生物納入液晶網路中，從順式到反式的快速熱鬆弛，在恆定的光照射下可展現連續、宏觀且有方向性的機械波，並藉由自我遮蔽驅動回饋迴路。.

提出者：

對光的偏振狀態進行超快控制，可以在光學、化學和生物學中實現各種應用。然而，傳統的偏光元件，如偏光片和緩衝板，不是靜態的，就是切換速度很慢，只有數十億赫茲。在這項工作中，我們使用高遷移性的摻铟氧化鎘 (CdO) 作為閘道電漿材料，實現了波長為 2.08 µm 的高 Q Beleman 型完美吸收器。由於 CdO 的集合平均有效電子質量暫時增加，次帶隙光泵浦會導致完美吸收共振的強度紅移。這導致 p 偏振的絕對反射率從 1.0% 變為 86.3%。我們將此極高的調變與完美吸收器的偏振選擇性結合，以實驗證明反射式偏振器的偏振消光比為 91，可在 800 fs 內開關。

提出者：

利用人工神經網路進行機器學習的語音與影像識別技術，因其高效能近來成為熱門話題，但現有的計算硬體並未針對神經網路進行最佳化，因此一直無法有效率地執行計算。在本研究中，我們提出了一個基於新架構的全光學神經網路，並證明元音識別實際上可以使用可程式控制的光學處理器來執行。

提出者：

太陽能是可再生能源的代表形式，有望取代化石能源，其儲存有望用於可穿戴設備和其他應用。最近，有人研究利用雷射加工製成的石墨烯電極進行能量儲存，但與傳統電池相比，其效能並不足夠。在本研究中，將能有效儲存能量的蕨類植物葉片結構應用在石墨烯電極上，所儲存的能量密度比之前的研究高出約 30 倍。

提出者：

碳奈米管在直徑及碳排列上有無數的結構，其半導體性及光致反射性等特性也因結構的不同而有很大的差異。雖然人們一直強烈要求一種方法來合成具有特定單一結構的碳奈米管，但目前的方法只允許同時合成具有各種結構的碳奈米管，因此只能獲得混合物，且尚未建立從混合物中分離具有單一結構的碳奈米管的方法。目前尚未建立從混合物中分離出單一結構碳奈米管的方法。為了解決這個問題，從模板分子拉長碳奈米管到單一結構碳奈米管的方法是值得期待的，在本研究中，我們首次成功合成了可用作模板分子的碳奈米球體。

提出者：

偏振是光的關鍵特性之一，而「靜態」（所有偏振狀態發生的機率相同）和「動態」（鄰近光子的偏振在時間上完全不相關）的非偏振狀態。具有「動態」（鄰近光子的極化狀態在時間上沒有相關性）和「非極化」（鄰近光子的極化狀態在時間上沒有相關性）的單光子來源，可望在光基真隨機數字產生器、量子密碼學以及量子力學基本問題的驗證中發揮作用。雖然靜態非偏振态至今已被評估，但動態非偏振态尚未被評估。在本研究中，我們提出一種評估動態非極化狀態的方法，並證明由金剛石中的氮空位中心 (NV 中心) 所產生的單光子同時具有靜態與動態非極化的特性。

提出者：

利用布里盧因效應的色散光纖感測器，可在數十公尺的長距離上，以數公分的空間解析度偵測應變與溫度的變化，可望用於判斷水壩、橋樑等大型結構物的老化狀態。在本研究中，布里盧因光學時域分析 (BOTDA) 中的掃描法與一般方法不同，可抑制泵浦光的衰減，並成功地在不到 20 分鐘的量測時間內，在 10 公里的距離上感測到 100 萬個空間解析度為 1 公分的地塊。

提出者：

玻璃是用於科學研究、工業和社會的最重要的高性能材料之一，但眾所周知，它很難成型，需要高溫熔化和鑄造過程，並使用有毒化學品。因此，三維 (3D) 列印等現代製造技術尚未應用於玻璃。在本研究中，使用奈米複合材料鑄造的立體光刻 3D 印表機製造出解析度為數十微米的透明熔融矽玻璃零件。此製程使用光固化矽奈米複合材料，經 3D 列印後，再經熱處理轉化成高品質的熔融石英玻璃。打印出來的熔融石英玻璃是無孔的，透光性與市面上的熔融石英玻璃相似，表面光滑，粗糙度只有幾個納米。加入金屬鹽也可以製造出彩色玻璃。

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這是在田邊光子結構實驗室舉辦的公開系列講座。研究生以上程度的學生會調查與光學及相關技術（如光子學、材料、生物科學等）有關的論文，並以淺顯易懂的方式加以說明。

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