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Item 相位式電腦全像片之研究(2004) 林政宏本論文分別以Iterative Fourier Transform Algorithm 及Direct Binary Search 兩種演算法設計相位式電腦全像片並探討其特性，從理 論設計、模擬分析到應用，我們進行一系列之研究。旨在介紹如何利 用全像之概念來設計相位式電腦全像片，並以液晶光學空間調制器進 行光學重建。首先說明設計的方法與基礎，根據光波繞射理論以電腦 程式計算出全像片之光場分佈，並且量測了液晶光學空間調制器之光 波調制特性，包括光穿透率及相位變化…等，找出適合相位式全像片 光學重建之工作條件以實現相位式電腦全像片，最後並應用於雷射光 鉗上。 iItem 具垂直異向性之一維磁性多層奈米線與磁性穿隧接面奈米元件(2011) 陳柏源; Po Yuan Chen具垂直磁異向性之奈米材料於發展下一代磁紀錄媒體與磁電阻式隨機存取記憶體扮演極重要的腳色。結合電化學電沉積技術與具奈米孔洞之氧化鋁模板可達成大量製造、低成本與高密度之目標。本研究所製備之鈷與鎳鐵合金之奈米線被證實具備垂直磁異向性且可透過磁晶異向性與形狀異向性來調整。結合具垂直磁異向性之鎳鐵合金奈米線與鈷鐵硼薄膜之磁性穿隧接面元件已成功被製造與探討。於低溫10K的環境下，鈷鐵硼薄膜厚度為1.5奈米時，其磁阻為104%，而鈷鐵硼薄膜厚度為1.0奈米時，其磁阻為110%，且在鈷鐵硼薄膜厚度小於1.0奈米時，於無固定層的條件下元件呈現出自旋閥的特性。Item 新穎高效率太陽能電池之研究(2015) 姚詠祺; Yung-Chi Yao近年來，由於經濟的快速發展與人類的頻繁活動，人們對自然資源的需求與日俱增，其結果造成了各種天然資源日益短缺。為了解決人類永續使用能源的問題，科學界以及工業界正如火如荼地發展各種替代性能源。在這些替代性能源中，太陽光長期以來一直被視作永恆的能量來源，因此與太陽能相關的技術得以迅速地蓬勃發展，而其中以太陽能電池更是被廣泛地研究和討論。在本論文中，我們主要是根據不同電池材料的組成提出許多新穎的結構來提升太陽能電池的轉換效率。首先，我們已經成功地證明結合二維矽奈米柱(線)陣列和斜向銦錫氧化物薄膜的新穎抗反射膜對於入射光有大角度、寬頻譜的強吸收率，因此能有效提升該太陽能電池的轉換效率。第二，我們利用數值模擬方法分析出一不靠外部(雜質)摻雜、僅利用漸變氮化銦鎵的銦含量來製作單一接面滿足全光譜響應的高銦含量三族氮化物n-i-p太陽能電池。最後，我們提出利用硒化鎘量子點調製太陽光譜來提升磷化銦鎵/砷化鎵/鍺串聯式太陽能電池的轉換效率。本論文依照各個章節不同的研究主題和使用方法將摘要進行分類，其分類如下： 1. 利用矽奈米柱(線)陣列搭配斜向銦錫氧化物膜增加太陽能電池光學吸收之應用 矽奈米柱(線)在太陽能電池方面的應用已被廣泛認為是相當具有吸引力的。在本研究中，我們分別利用感應電耦合式乾蝕刻技術和氧化還原-金屬誘導化學蝕刻方式製作出二維矽奈米柱(線)陣列。為了進一步降低發生在空氣和矽奈米柱(線)界面處的菲涅耳反射，我們提出利用斜角濺鍍沉積技術將奈米尺度等級的斜向銦錫氧化物薄膜作為空氣和矽奈米柱(線)間的中間層。由於矽奈米柱(線)能提供遮蔽效應，入射的銦錫氧化物氣流將被優先地沉積在矽奈米柱(線)的頂部，最終我們製作出的斜向銦錫氧化物薄膜可達到幾乎是無損且連續的表面。斜向銦錫氧化物薄膜除了本身擁有低折射率、高透明度外，在快速熱退火450℃的處理下，其薄膜的電阻率約為1.07x10^-3 Ω-cm，其摻雜濃度和載子遷移率分別為3.7x10^20 cm-3和15.8 cm2/V-s，亦可直接拿來當作電池的接觸電極。根據理論計算，該結構的轉換效率相對於單晶矽裸片的太陽能電池約有42％ 的提升，證明上述的奈米結構組合對於入射光有大角度、寬頻譜的強吸收率。然而在實際元件製作上，元件上層與銦錫氧化物接面因極性不匹配以及奈米線的高深寬比導致高的串聯電阻和低的並聯電阻，其結果伴隨著高的逆向飽和電流加劇光生載子在表面復合，進而影響了整體元件的轉換效率。 2. 感應極化摻雜三族氮化物太陽能電池之研究 我們利用理論計算方式來評估並設計出新型感應極化摻雜氮化銦鎵n-i-p太陽能電池。該方法並不使用傳統雜質摻雜，反而是藉由線性增加（0％增至30％）和降低（30％降至0％）氮化銦鎵裡每個單位電池的銦含量所導致的感應極化摻雜來製作太陽能電池的p型和n型區，其中p型和n型區的載子濃度均達到3×10^18 cm-3。在氮化銦鎵n-i-p太陽能電池裡，由於每個單位電池具有大小相同且均勻的極化電荷，將其依銦含量漸變堆疊可預期該元件的電位分佈有平滑的空間變化，這樣一來減緩能帶在異質界面處的不連續性，並有利於光生載子能高效率地流動和收集。最重要的是導電n型和p型區是透過靜電場的離子化而不是熱活化所形成的，該感應極化電場的載子濃度與熱凍結效應無關。因此，感應極化摻雜的三族氮化物n-i-p太陽能電池即使在低溫環境下操作亦可以提供穩定的轉換效率。 3. 使用硒化鎘量子點改善磷化銦鎵/砷化鎵/鍺串聯式太陽能電池之電流匹配與提升其轉換效率之研究 三五族串聯式太陽能電池是最有效提供極高轉換效率的電池結構。然而該元件裡每個子電池之間的電流不匹配問題是引起該電池轉換效率實驗值偏離理論值一顯著挑戰。在本研究中，我們使用硒化鎘量子點來提升被限制的子電池光電流以匹配其他子電池的電流輸出並予以提升整體磷化銦鎵/砷化鎵/鍺串聯型太陽能電池的轉換效率。該限制的光電流被提升的主要原因來自於量子點做為光子轉換器的基本機制。不同尺寸的量子點有調製太陽光譜的獨特能力，因此該太陽能電池提升的效率與選擇量子點的尺寸大小有絕對的關係。本研究結果顯示透過適當地選擇量子點，我們發現佈上直徑4.2 nm、濃度7 mg/ml的硒化鎘量子點在磷化銦鎵/砷化鎵/鍺串聯型太陽能電池上，其轉換效率與沒有佈上任何量子點的電池相比能有效提升10.39％。Item 使用超連續雷射光源的高解析度高靈敏度光譜域光學同調斷層掃描術(2012) 黃逸翔; Yi-Shiang Huang本篇論文的主題在於以超連續白光雷射作為光源，建構一套具有高解析度與高靈敏度的光譜域光學同調斷層顯微術(Spectral Domain Optical Coherence Tomography, SD-OCT)。於系統架構中我們引入了平衡式偵測法(Balance Detection, BD)，不僅能夠提升干涉訊號為兩倍，還能夠大幅度的降低自相干雜訊與直流項。經由實驗證明這套以平衡式偵測法為架構的高解析度高靈敏度SD-OCT系統能夠提供於生物樣品中達2m的縱向解析力，最快的成像速度可以達到每秒45,000條軸向掃描，其中每條為4096個畫素。在訊雜比部分，我們證明了於1mm的成像深度內能夠較一般的SD-OCT系統提升8~14dB的訊雜比。我們也將系統用於蓋玻片、膠帶來測試效能，並且實際應用於人類的甲襞微血管與手掌汗腺這兩種生物樣品的活體掃描。最後，我們嘗試使用貝索光束(Bessel beam)來延長這套高解析高靈敏的SD-OCT系統的景深。Item 以極化保持光纖及低雙折射光纖為基礎的掃頻式極化光學同調斷層攝影術(2012) 黃俊欽; HUANG,JYUN-CIN本論文提出了一套以極化保持光纖及低雙折射光纖為基礎的掃頻式極化光學同調斷層攝影術系統。我們證明了本系統的精確度可與自由光路的架構相比；而樣品端全光纖化，具有緊密及便於攜帶的優點，便於應用在臨床研究上；此外，本系統每一橫向位置只需透過一次軸向量測即可獲得背向散射光強、延遲角、快軸夾角影像，如此可以減少量測時間以及樣品變動的敏感度問題。我們也研究了樣品端光纖的線性及旋轉運動的影響，並證明使用低雙折射光纖的樣品端對於由光纖運動造成相位延遲角的影響並不明顯；然而對於由光纖運動造成快軸夾角的變化在未來應用時仍需做補償。Item 短脈衝摻鐿光纖雷射及光子晶體光纖產生超連續光譜之研究(2012) 張耕瑋在本篇論文中，我們研製出了一種具有極寬波長範圍的高功率超連續光譜光纖光源，並將其應用在材料的光學特性量測。 我們研製了可調式環形腔摻鐿光纖雷射，其操作模式可在連續波、Q開關鎖模、基頻鎖模和諧波鎖模之間切換。連續波輸出時之雷射波長可從1065 nm 調整至1082 nm，基頻鎖模時之脈衝寬度則可從約200 ps 調整至約 6 ns。我們成功地熔接了傳統單模光纖與光子晶體光纖，使得雷射光從單模光纖至光子晶體光纖的耦合效率最高可達到77%。我們將摻鐿光纖雷射產生的脈衝經過摻鐿光纖放大器進行能量放大，再耦合進入非線性光子晶體光纖，成功地得到帶寬超過 1100 nm的光纖超連續光譜。我們量測了光纖超連續光譜的穩定度、同調長度和脈衝寬度，並且使用光纖超連續光譜來量測石墨烯及葉綠素的穿透特性。Item 含多缺陷光子晶體光學性質之研究(2014) 林琦Abstract In this thesis, we shall study the optical properties for the one-dimensional photonic crystals (PCs) containing defects. Two main topics are involved. In the first part, we consider binary defective PCs in the symmetric or asymmetric structures. We investigate the photonic transmission based on the transfer matrix method. The multiple filtering properties can be found in a cascading structure. In the second part, we analyze the transmission properties in a one-dimensional photonic crystal containing twin defects. With the existence of twin defects, a defect mode, i.e., a transmission peak is produced within the photonic band gap in the defect-free photonic crystal. The shape of transmission peak can be controlled by the stack numbers between the twin defects. The dependence of transmission peak on the incident angle is also investigated for both the transverse electric (TE) and the transverse magnetic (TM) waves. The peak becomes narrower as the angle increases in TE wave, whereas it is broadened as a function of the incident angle in TM wave. Discussion on the omnidirectional property in the peak is also given. Keywords：photonic crystals (PCs), dielectric superlattice, defective PCItem 一維及二維光子晶體光學性質之計算(2009) 劉正禮本篇論文主要是採用數值模擬的方法，研究一維及二維光子晶體的光學特性及應用。對於一維結構的光子晶體，我們透過轉移矩陣法來計算由超導層、介電層相互交替排列的週期組成，並求得其透射及反射的光學頻譜。利用模擬的結果，我們分析不同的相對週期厚度及入射角度對能帶分佈的影響，進一步歸納出各個變量在整體的結構中，所可能扮演的角色及造成的效應。在處理二維組成的光子晶體時，我們利用平面波展開法探求其能帶結構；並應用時域有限差分法，以光學模擬上常被使用的FDTD套裝軟體，進一步透析其電場、磁場、及能量在光子晶體中的傳播方式，以及各個分量在行進中隨時間和空間的變化。最後，我們將探討光通訊系統中，由光子晶體組成的小尺寸光學元件，例如:二維光子晶體波導、耦合共振光學波導、以及指向耦合器，其特有的電磁特性與相關的光學應用。Item 全像透鏡應用於聯合轉換相關器之設計及研究(2009) 廖鴻嘉本論文利用全像蝕刻技術(Holographic Lithographic technique)來設計並製作具傅立葉轉換的全像透鏡，並應用於聯合轉換相關器(Joint Transform Correlator) 中，以進行圖形辨別。首先我們將介紹聯合轉換相關器及全像透鏡的理論設計與模擬分析，以及全像蝕刻技術，接下來再製作全像透鏡並探討其光學特性，最後再將全像透鏡結合於聯合轉換相關器，並針對其系統效能及辨識能力進行探討。在本文中我們製作出焦距為13.4公分，光點大小為20μm的離軸全像透鏡，應用此透鏡於聯合轉換相關器中，並展示此系統的圖形辨識效能。Item 發光二極體之螢光材料及其封裝特性分析(2008) 湯友聖; Yu-Sheng Tang原油價格於2008年六月份創下每桶140美元歷史新高價位，年初至今原油價格已飆漲40%，與去年同一時期相比正好整整漲了一倍。科學家並預期2008年夏天於溫室效應持續急遽惡化下，北極冰層有50%機率會全部融化流入大海，迫使低海拔城市面臨被淹沒之危機。於此，開發新型替代性能源與如何有效節約能源消耗是當今重要之研究課題，但當前替代性能源無法被有效地被利用來取代石油，故如何節約能源則成為最迫切之問題。固態照明，即為一有效之解決方案，如全中國大陸能以LED取代目前之照明設備，將省下一座三峽大壩全年之發電量。本文所探討之發光二極體於此照明革命中扮演著舉足輕重之角色。 1996年日亞化學Nakamura等人成功成長藍光發光二極體，並搭配黃色摻鈰之釔鋁石榴石(cerium doped yttrium aluminum garnet, YAG:Ce)，成功發展白光LED。近年來於白光LED之發展日新月異，藍光晶片搭配YAG雖發光效率佳，但仍有藍光轉換效率不佳以及其白光演色性不高之問題。為規避日亞YAG專利之問題，矽酸鹽類發展亦受到重視，其發光效率與YAG屬伯仲之間，但近來研究發現其熱穩定性與抗濕性不佳。故本研究著重於UV激發之高色純度螢光粉，本研究發現鉀鍶磷酸鹽(KSrPO4)之熱穩定性及抗濕性佳，分別摻雜二價銪(Eu2+)及三價銪(Eu3+)產生藍光與紅光。再者，發現摻雜Eu2+之氯鋁酸鍶(Sr3(Al2O5)Cl2)光譜較YAG紅位移且半高寬大，故可解決演色性不高之問題。針對以上三種螢光粉進行材料結構、光譜特性與可靠度三大類之分析。 本研究之KSrPO4:Eu2+部分內容已發表於Appl. Phys. Lett. 90, 151108 (2007)，研究其熱穩定性。Sr3(Al2O5)Cl2:Eu2+乃一新穎之螢光粉，並未有相關文獻報導，日前已提出專利申請。