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學術研究研究領域

跨領域光電科學

:::HOME本系介紹學術研究研究領域光電系統
研究領域研究中心得獎榮譽
研究方向:
理論模擬、雷射光電、物理光學、生醫光電、光學量測、液晶物理、全像光學、光子晶體、奈米光電、光儲存
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        當材料中的光子與電子之量子特性扮演關鍵角色時,經由控制光與物質(電子)交互作用,可發展成光電科技的新技術基礎。現在科學家不僅能設計及製作電子能帶結構、也 能設計製作光子能帶結構材料。另一方面,產生次單週期(sub-single-cycle)兆赫輻射(terahertz, 1 THz = 1012 Hz)脈衝及寬僅約飛秒(femtosecond, 1 fs = 10-15 sec)的光脈衝也已實現,這是人類製造的最短事件也是研究這些新穎材料的重要工具。
        量子力學 (quantum mechanics)歷經一百多年發展已逐漸從純科學進入量子工程(quantum engineering technology)層面,如何建構量子體系並操控其量子同調行為是量子工程的核心問題。然而任何新科技工程的實現都需要經由不斷發展改進測量與控制工 藝才能落實,利用量子結構材料與元件內之電子與入射光子之交互作用是目前所知最適合發揮量子工程潛力的方法。利用先進雷射光電技術,我們能將光子能量導入材料的特定自由度,以創造新材料或元件的新功能,甚至偵測材料大群分子中的特定分子。若偵測時間短於材料的特定擾動週期,即有可能操控物質的光激發。當此 方法發展成熟後,經由控制光在介質中的激發與傳輸,許多應用諸如可操控的材料相變,選擇性顯像,乃至於量子計算都可能實現。
224_629041e0.jpg        過去一百年來,純粹的量子效應逐漸的從原子體系漫延至光子學(photonics)以至光學系統。這些量子效應包括物質的同調波動本質(coherent wave-like nature)、粒子的穿隧效應(tunneling) 、糾纏性(entanglement)、本質自旋(intrinsic spin)、和Berry相位等 一一的在光子學或光學系統上被複製出來。展望未來,光學在量子工程世代仍將會扮演舉足輕重的角色,光學與光子科技亦將會因運用這些量子效應而提昇其功能。
        為促進跨領域合作,落實中長程發展規劃,本研究群將逐步建立材料光學研究核心平台:
 
 

1.飛秒雷射核心設施: 
        由本系(DoP NCTU) 與中研院應科中心(RCAS)共同推動。希望利用卓越計畫建立之光子工廠飛秒雷射核心設施,推動2D Vsible, 2D IR or THz等動態光譜技術,研究先進材料動態結構 (protein folding, charge transport dynamics),有效結合光學與材料模擬技術,以深化其研究內涵。

2.光學與材料模擬: 
        由 RCAS與DoP NCTU共同推動。希望利用RCAS先進計算核心設施,發展ab initio photovoltaics 如以計算方法系統性分析異質界面valence-band offset (VBO) 和conduction-band offset (CBO)之原因、計算分析formation energy of co-doping defects 解決寬能隙材料之雜質攙雜問題、極性與非極性表面結構與原子磊晶堆疊問題、奈米結構材料之光學特性與結構淬取演算法。
 

3.奈米材料之原子解析結構萃取技術: 
        由同步輻射中心(SRRC)、RCAS與DoP NCTU共同推動。希望利用SRRC X-ray beamline和RCAS與DoP NCTU共建之高效能電子顯微鏡核心設施與先進計算環境共同發展奈米結構材料之原子解析結構淬取技術(如nano polar domains, hierarchical structures building from nano objects等先進奈米結構材料),深化材料動態光譜與奈米光學量測研究。
 

4.奈米光學量測與造影核心技術: 
由 DoP NCTU推動。希望發展先進材料之奈米光學量測與造影技術,包括

  • usec dynamic imaging ellipsometry 
  • Sub-diffraction imaging (by designing new optical devices)
  • Sub-diffraction imaging (for biophotonics)
  • Coding-optic technique by combining coding theory, computation power of FPGA/DSP, and optics for better optical metrological performance
  • Entangled light source-based quantum metrology beyond the limit of physical optics