• 學位論文

金奈米粒子應用於細胞標定之模擬與分析

金屬表面的自由電子在適當的電磁波激發下，自由電子將會與電磁波耦合產生集體震盪的行為，此即所謂的表面電漿共振（surface plasmon resonance），其發生於金屬與介質交界面。表面電漿共振會因奈米粒子在不同形狀、大小下使金屬具有不同的光學特性。根據文獻記載，許多的癌細胞將會在細胞表面累積大量的表皮細胞生長因子接受體（epidermal growth factor receptor：EGFR），實驗上可利用抗體先與金屬奈米粒子結合，由於抗會體針對EGFR結合，且正常細胞和癌細胞的EGFR數目差異很大，故可標定細胞，而標定後的細胞在光譜或是影像上將會有很大的差異。 本論文使用時域有限差分法（finite-difference time-domain method），探討奈米粒子在細胞中造成的光學現象。本論文分析在不同金粒子大小下，奈米粒子在正常細胞與癌細胞中的光散射現象與對比度的影響；並探討使用OIT法（optical immersion technique）對於對比度的影響；與不同殼層厚度的二氧化矽/金奈米殼層粒子在細胞中所造成光散射現象的差異。金屬奈米粒子具備光學性質穩定、不會有光漂白（photobleaching）的現象，尤其是金（gold）具有對人體無毒性的優點，因此在生物細胞標定上的應用非常具有潛力。

• 學位論文

藍光多模干涉結構馬赫任德電光調變器之研製

本研究首次在Z切鈮酸鋰基板上以鋅鎳金屬擴散法製作出1×2多模干涉光功率分離器，並且利用此光功率分離器作為分光結構設計馬赫任德電光調變器。此外，並成功製作出利用截角式Y形光波導結構取代原先Y形光波導結構的馬赫任德電光調變器。由實驗結果發現，藍光鋅鎳擴散式波導寬度在1.6μm時為單模態；當鎳與鋅的厚度分別為100Å與500Å時，以830°C的溫度擴散90分鐘之波導具有最佳的光場侷限性。操作在藍光波段下的鋅鎳擴散式1×2多模干涉光功率分離器在多模干涉結構寬度為20μm，長度為600μm下有最好的TM模態傳輸率為75.12%，利用此多模干涉結構分光的馬赫任德電光調變器，在電極長度1公分時，半波電壓為8.9伏特，而訊熄比則約為12.9dB。利用截角式Y形結構分光的馬赫任德電光調變器，在截角距1μm且電極長度1公分時，半波電壓為6.4伏特，而訊熄比為9.8dB。

• 學位論文

光學同調斷層掃瞄技術於口腔癌診斷之研究

口腔癌在台灣男性癌症排名第四，對於一般口腔癌病患，早期診 斷可高達百分之七十五的五年以上存活率。光學同調斷層掃瞄技術可以提供縱切面的組織造影，並具有高解析、高造影速度以及較深的造影深度(2~3 mm)等優點，因此光學同調斷層掃瞄技術適合作為口腔癌早期診斷的工具。在這研究中，我們應用光學同調斷層掃瞄技術於離體以及臨床的口腔癌研究。我們建立了一套掃頻式的光學同調斷層掃瞄系統，首先針對從口腔癌病患身上切除的口腔癌樣本做掃瞄。這套系統具備8 um 的縱向解析度以及靈敏度可達108 dB，透過這套系統掃瞄，可區分出正常以及癌組織。在臨床上，我們將此掃頻式的光學同調斷層掃瞄系統接上一特別設計的掃瞄探頭，在醫院針對口腔癌前病變和口腔癌病患掃瞄，並統計上分析有效的診斷指標。在這部分，我們提出了三種指標，其中包含縱向強度分佈的標準差、由縱向強度分佈的空間頻域頻譜所得到的指數衰減常數(α)，以及當上皮層和結締組織間的介面仍存在時，所得到的上皮層厚度。另外，我們分析在統一標準和個別相對標準下，這些診斷指標的靈敏度以及明確度。由結果發現，針對中度上皮變異以及鱗狀細胞癌，標準差以及α值將會是很好的診斷指標。另一方面，上皮層厚度適合用作上皮增生以及中度上皮變異診斷上的指標。另外，我們也利用此可攜式的掃頻式光學同調斷層掃瞄系統來追蹤評估口腔癌病患經由光動力療法治療後其復原情形。我們將列出其中兩位病患治療後的結果，並藉由上述三種診斷指標來分析光學同調斷層掃 瞄系統的掃瞄結果。

• 學位論文

對稱以及非對稱鋸齒狀長週期光纖光柵之新製法及其光學特性

1999年我們研究小組提出的鋸齒狀長週期光纖光柵 (corrugated long period fiber grating) 克服了傳統需要先有感光光纖以曝光來製作長週期光纖光柵的限制，並且鋸齒狀長週期光纖光柵具有了耦合強度跟光共振條件皆可調的特性。之後，在2006及2007年，我們研究小組另提出一個利用光學微影製程，來製作對稱以及不對稱長週期光纖光柵的新方法提出。然而，這樣的製作方法不僅價格昂貴，而且費時。 在本論文中，我們提出一個新的製作方式結合了熱壓技術以及壓印微影術來製作包括對稱型以及非對稱型的鋸齒狀長週期光纖光柵。此外，藉由這樣的製作方式，我們可以控制非對稱性的程度。此製作方式的優點是可縮短製程時間。以此製作方法製作所得之鋸齒狀光纖光柵的特殊光學特性也會在本論文中討論。

• 學位論文

有機發光二極體之非等向性光學模型

近年來，作為高效率的有機發光二極體藍光材料，芴基化合物引起了相當的注意。然而，由於其在光學上的非等向性，需要建立一個新的非等向性有機發光二極體光學模型才能精確地預測它們的發光特性。 在本論文中，利用古典電磁學理論以及並矢格林函數 (dyadic Green function)推導出有機發光二極體之非等向性光學模型。依此模型，配合適當的元件參數，即可計算出元件的發光特性。 為了驗證該模型的正確性，首先製作了兩個分別具有非等向性及等向性光學特性的發光元件，接著量測它們在不同視角下的發光頻譜，並與理論計算的結果相比較。實驗與模擬計算的結果相當吻合，因而確定了此模型之可行性。

• 學位論文

微小化雙鏡式Yb3+:YAG環型固態雷射之研究

以Yb3+:YAG作為增益介質，可利用其能階結構簡單、無受激態吸收及上轉換效應等寄生效應、僅8.6%的量子缺陷有利於高效率操作；吸收頻寬與放射頻寬皆寬、上能階生命期長等優點，而達成高效率雷射。雙鏡式環型共振腔由一組曲率半徑相同的平凹透鏡所組成，具有構造簡單、體積小、校準容易的特性。　 結合Yb3+:YAG與雙鏡式環型共振腔的優點，並利用舊有之雙鏡式環型共振腔研究成果為基礎，成功的完成了微小化雙鏡式環形共振腔之初步研究與未來發展之評估。實驗方面，在鏡面曲率半徑為7.63 mm、體積僅為1.47 cm3之微小化雙鏡式環形共振腔結構中，實現幫浦功率閥值僅為0.7 W之立體8字型環型路徑；模擬方面，利用軟體輔助，對幫浦光在腔內聚焦尺寸及像散等特性做出模擬與分析，並與實驗結果做比較；同時，軟體輔助也應用於共振腔內雷射路徑解的模擬分析，驗證雷射路徑之理論計算；理論計算方面，在對稱雙鏡式環形共振腔架構之外，將探究與分析非對稱雙鏡式與拋物面雙鏡式環型共振腔之雷射路徑、穩定度等特性。 　　微小化雙鏡式環型共振腔的研究終極目標為發展出無須調整光路即可作用之環型雷射，我們將利用本研究所獲得之實驗、模擬以及理論計算等成果，做出合理之評估。

• 學位論文

氧化鋅奈米線結構之製作及其光電特性之改善與應用於有機發光元件

本論文研究主要可分為兩個部分，第一部分為氧化鋅奈米線結構 的研究，我們利用水熱法生長氧化鋅奈米線，並且藉由雙氧水處理與 鹽酸蝕刻來改善氧化鋅奈米線的光電性質。我們採用兩種方式對氧化 鋅奈米線做雙氧水處理，第一種是將氧化鋅奈米線浸泡於雙氧水並且 以75

• 學位論文

應用奈米光電技術於發光二極體之研發

為應用表面電漿子與量子井耦合以提升發光二極體效率，我們首先實現在氮化銦鎵/氮化鎵量子井結構上，使用熱退火技術來製作不同尺寸的銀奈米結構，經由表面電漿子與量子井的耦合，光致螢光頻譜的峰值位置和強度會隨著不同尺寸的銀奈米結構而變化。經由將銀薄膜轉變成奈米島狀型的結構，我們不但可以增強光致螢光的強度，也能調整表面電漿子的色散曲線，使得量子井的發光頻譜具有明顯的紅移現象。此外，我們探討在氮化銦鎵/氮化鎵的量子井與表面電漿子的耦合效應中，表面電漿子經由p-型或n-型氮化鎵層的歐姆接點之耗損。研究顯示當歐姆接點形成於摻雜的半導體層之上，光致螢光強度明顯減弱，相反地，如於摻雜的半導體層和歐姆接點接之間成長一絕緣層，光致螢光強度會顯著地提升。 為應用表面電漿子與量子井的耦合效應於氮化銦鎵/氮化鎵的量子井發光二極體上，我們於藍光之單層氮化銦鎵/氮化鎵的量子井發光二極體的p-型氮化鎵層上製作能產生表面電漿子的結構，並且研究表面電漿子與量子井的耦合效應。我們製作一個具有較強的表面電漿子與量子井的耦合並有較低的表面電漿子能量耗損的發光二極體，證實此發光二極體相對於較低的表面電漿子與量子井的耦合或較強的表面電漿子能量耗損的發光二極體，能增強電致螢光強度。同時，在綠光之單層氮化銦鎵/氮化鎵的量子井發光二極體的p-型氮化鎵層上製作銀奈米結構，此奈米結構可產生侷限性表面電漿子，透過量子井與侷限性表面電漿子的耦合，我們證實綠光之單層氮化銦鎵/氮化鎵的量子井發光二極體的發光效率顯著的增強。經由控制銀薄膜的厚度和熱退火條件，可以產生適當的銀奈米結構，此奈米結構產生的侷限性表面電漿子的能量與發光二極體的能隙一致。當發光二極體操作於20毫安培時，我們觀察到電致螢光的峰值強度增強至2.5倍，而整體的發光強度增強至2.2倍。 另外，我們製作藍紅光之多色彩發光元件，係將發紅光的硒化鎘/硫化鋅奈米晶體塗佈於發藍光的氮化銦鎵/氮化鎵的多層量子井發光二極體上。為改善紅光和藍光的強度對比，製作不同孔徑大小的微米級孔洞於發光二極體上，以增加多層量子井的主動層和硒化鎘/硫化鋅奈米晶體直接接觸的面積。同時，我們也製作白光之發光元件，係將硒化鎘/硫化鋅奈米晶體塗佈於發藍綠雙波長的氮化銦鎵/氮化鎵量子井發光二極體上，藉由吸收/再放光之機制，部份的藍光和綠光轉換成紅光，剩餘的藍光、綠光與紅光組合成白光。同時，將金奈米粒子摻入硒化鎘/硫化鋅奈米晶體內，使其產生侷限性表面電漿子，此侷限性表面電漿子可吸收綠光，而且有效率地轉換能量至硒化鎘/硫化鋅奈米晶體，增強奈米晶體的吸收效果，進而增強紅光發光強度。經由侷限性表面電漿子耦合之機制，從藍綠光轉換成紅光的轉換效率增加30%，而量子轉換效率可以達到52.8%。

• 學位論文

紫外光雷射照射高分子多模干涉元件之研製

本研究成功地在通訊波長1550nm下，以紫外光雷射照射法製作出1 4、2 2、4 4三種結構的多模干涉光功率分離器。實驗上以波長248nm之KrF準分子脈衝雷射，透過石英光罩照射苯並環丁烯高分子材料，製作通道式單模波導。波導寬度設定為7μm，折射率差可在0.0027至0.003範圍內調整雷射發數。1 4多模干涉光功率分離器於干涉長度1520 μm時，具有95.52%傳輸率與0.41dB不等分率；2 2多模干涉耦合器於干涉長度1900μm具有92.96%傳輸率與0.08dB不等分率；4 4多模干涉耦合器於干涉長度8400μm，由外側輸入具有86.87%傳輸率與0.84dB不等分率，由內側輸入具有82.34%傳輸率與0.4dB不等分率，三種元件與模擬值的傳輸率誤差均小於3.22%。紫外光雷射照射法之BCB光波導元件因無側壁粗糙度問題，與其他製程或材料相較比有較小的傳播損耗，製程上的優點有以下三點，簡單省時、可控制折射率差、製程條件準確，故元件表現與模擬結果相當接近。

• 學位論文

擴散光學斷層掃描術二維影像重建之模擬分析

在我們人體組織裡，對於波長約在600-900 nm近紅外光的吸收係數較小，光在組織中也能穿透較深。因此，善於利用此特性可以讓非侵入式的光學(醫療)儀器達到可穿透的最深深度，以一窺體內部份特徵。 擴散光學斷層掃瞄術便是利用此波段的近紅外光為醫學影像檢測光源，利用這些光子的強度與分布等資訊可以重建出在生物組織內吸收及散射隨空間與時間分布的變化。在目前的臨床應用上，是以胸部腫瘤、大腦功能性造影、以及運動醫學為主要研究探討的對象，在未來也是以這些為主軸進而在發展出應用在更廣泛的層面上。此技術的優點是非侵入式、即時檢測、非輻射源、功能性生理量測。 一般來說，擴散光學斷層掃瞄術的開發可大分為兩項，一是在系統上檢測光源的使用以及光偵測器的靈敏度等，二是在重建二維甚至於三維影像的演算法，影像的品質取決於演算法的使用。在此篇論文裡，我們模擬在紊亂介質中各種幾何形狀的非均勻吸收體來重建影像，並且使用數學上的同步疊代法，為了在系統運算時間與影像品質上取得平衡點，疊代過程需要一個最佳停止點。 從模擬的結果裡，我們證實了這些演算法適用於擴散光學斷層掃瞄術並且能有效地重建影像。