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利用液晶實作之影像低失真光偏折元件

我們成功設計並演示了以液晶為基底的光偏折器，此偏折器利用於超廣視域裸眼式三維立體顯示系統。此光偏折範圍共36度，在此範圍內的光束平均發散角為0.155度。此光偏折器分成兩個部分：一為利用折射定律和雙折射特性的液晶定向光柵，此光柵的週期為0.1毫米且光柵角度為25度；二為由三個非球面表面構成的角度放大器。為了避免影像失真，我們希望光經過光偏折器後依然保持平行。首先，在角度放大器部分，再經過模擬Kepler、Galilean和修正版Kepler望遠鏡系統架構後，由於修正版Kepler系統的穿透光發散最低，於是我們選擇了修正版Kepler系統。在選定系統架構後，我們最佳化非球面鏡的參數並且成功地降低了偏折影像的失真。另一方面，將此光偏折器利用超廣視域裸眼式三維立體顯示系統的可能性也由影像模擬而得到驗證。除此之外，為了驗證此光偏折器能真證實線，我們做了樣品，然而，由於樣品製作上的缺失，此實驗沒有成功。在論文的最後，我們討論了模擬和實驗進步的可能性以及規劃了未來展望。

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同調注入鎖模弱共振腔雷射二極體之直調正交分頻多工傳輸於分波多工被動光纖網路

為了因應高速率網路的要求，應用分波多功器的被動光纖網路 (DWDM-PON)於光纖到家的系統中，顯然是一個可行的方法。為了降低 DWDM-PON 光纖網路系統的成本，我們使用以端面1% 反射率的弱共振腔法布里-貝羅雷射(WRC-FPLD)為傳輸器，並且使用高頻寬使用率的正交分頻多工 (OFDM) 混和正交幅度调制（QAM）之調變格式，分析不同操作條件並優化最好的操作條件。 我們成功的實驗出高速率20 Gbit/s 的 OFDM-PON 應用於直調WRC-FPLD，並且利用頻率軸斜率補償 (pre-leveling)的方法補償雷射自然頻率響應的衰減，並且獲得錯誤向量強度(EVM)為12%，也可以在-8 dBm 的接收功率下達到先行誤碼更正限制(FEC limit) 3.8E-3 和接收功率在 -2 dBm 下得到誤碼率 4.5E-5 的效果。並且在傳送速率於12 Gbit/s 的 16-QAM-OFDM 下討論操作參數，再注入光率達到 -9 dBm，操作電流為 30 mA以及前置放大倍率為 5dB下達到消光比 (ER) 6 dB，在25公里傳輸後獲得接收功率 -7 dBm下誤碼率為 3.6×10-7的表現。最後，因應高速率雙向傳輸系統的需求，我們提出下行訊號以分布回饋式半導體雷射，上行訊號為WRC-FPLD的雙向傳輸系統，利用餘裕的下行光源注入 WRC-FPLD，並且討論了下行訊號接收/反射的比率，成功的在無額外注入光源裝置的情況下達到16/64-QAM-OFDM的雙向傳輸。

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砷化銦奈米線結構與光學特性研究

本論文研究在砷化銦奈米線成長於矽奈米結構中的結構與光學特性。主要分別兩個部分：第一部分透過掃描式電子顯微鏡觀察奈米線的成長情形，探討經由不同的成長方法以及配合矽溝渠結構可以達到成長出定位控制、高密度以及高指向性的砷化銦奈米線。實驗發現當我們使銦分子束入射方向與矽奈米結構長邊指向平行時成長，可以給予成長出的奈米線具有高指向性，但長度不夠長，而當我們成長奈米線並且同時旋轉基板，可以使奈米線整體長度增長，但較不具有指向性，最後我們利用二階段磊晶方式，也就是綜合前面兩者先固定銦分子束入射方向成長奈米線在持續奈米線並且同時選轉基板可結合兩者優點。另外，我們也探討奈米線的成長機制。 第二部分透過穿透式電子顯微鏡觀察砷化銦分子堆積成奈米線時的結構轉換。實驗發現在低溫成長奈米線可使奈米線較易堆疊成閃鋅礦結構，這與原本成長砷化銦薄膜時的結構相同，但在高溫成長奈米線則會易使奈米線轉變成纖鋅礦結構，此結構原本只有以氮為五族的三五族化合物成長薄膜時才易觀察到。在不同的五三比成長條件也會使奈米線堆積成不同結構，在較高五三比中易觀察閃鋅礦結構但在較低的五三比則會使奈米線較易堆積成纖鋅礦。閃鋅礦與纖鋅礦結構堆積轉換於奈米線中的原因可歸因於雙晶及堆錯缺陷。在閃鋅礦結構中，其排列方式為A-B-C排列，若出現雙晶結構則會使閃鋅礦結構中出現微小區域的纖鋅礦結構；反之，在纖鋅礦結構中排列方式為A-B-A-B，若出現堆錯缺陷則會使纖鋅礦結構中出現微小區域的閃鋅礦結構。最後以拉曼量測觀察奈米線光學特性，拉曼量測中，TO聲子模態訊號的增強，此部分可歸因於纖鋅礦結構奈米線貢獻所致。我們亦觀察到奈米線相較於薄膜材料對雷射光入射能量較為敏感，此可歸因於奈米線結構的熱傳導率較薄膜低的關係。此外，纖鋅礦結構的存在也會使TO聲子模態往低能量位移

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以蒙地卡羅射線追跡法模擬垂直型氮化鎵發光二極體之光萃取效率

本論文中，吾人發展一套蒙地卡羅射線追跡法，並針對具表面圖樣化之垂直型氮化鎵發光二極體進行光萃取效率模擬。吾人選擇三種圖樣化表面，分別是一維弦波光柵、二維微透鏡陣列與粗糙表面，並分析圖樣化上表面與圖樣化底部反射鏡對光萃取效率與遠場分佈的影響。藉由改變週期性結構的高度與週期，或改變粗糙表面的均方根高度與相關長度，觀察光萃取效率之變化趨勢，且探討封裝造成的影響。此外，吾人亦使用蒙地卡羅射線追跡法對單一表面進行模擬，得到光射線於介面之穿透機率分佈、反射角機率分佈與多重反射穿透次數等資訊，並分析光射線於單一介面上的散射行為，以了解具表面圖樣化之垂直型發光二極體的光萃取機制。

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高分子穩定型液晶在頭戴式顯示器上的應用

高分子穩定型液晶以及高分子分散型液晶可製作不需使用偏光片的顯示器，因此有較佳的光使用效率。此外，垂直配向型的高分子穩定型液晶又具有較高分子分散型液晶快的反應速度，以及較低的驅動電壓，甚至有較高的對比，因此本論文第一部分以探討垂直配向型的聚合物穩定型液晶為主，調變各種實驗參數，(例如：液晶與聚合物濃度的比例、液晶盒厚度、紫外光照射的時間和照射的強度等。)分析反應時間、對比度、聚合物薄膜穩定性等的影響，並且最佳化各種參數，得到高對比低反應時間且穩定的液晶聚合物薄膜。 本論文第二部分則是利用前一部分所調製的參數，將製作的高分子穩定型液晶薄膜應用在抬頭顯示器上，做出一個七段顯示器的半透式顯示器，其具有不需使用偏光片、低驅動電壓以及快速的反應時間等(10ms)的優點。

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產生極紫外光源所需之摻錫液滴靶材之研究

極紫外光源仰賴穩定的液滴系統使光源得以穩定產生，期能達到高轉換效率與低殘留餘渣(Debris)之目標，為達此要求，本研究使用現今已發展成熟的噴墨技術(Inkjet Printing)，提供能產生穩定且乾淨的極紫外光源所需的液滴靶材。 由於產生的光源並非應用於半導體量產，而係希望用於生醫影像光學同調斷層掃描，故所需的EUV能量毋須達到半導體量產所需的100瓦等級，液滴大小與頻率皆視雷射的能量與重複頻率所決定，期能達到雷射脈衝與液滴以一對一同步的方式打在靶材正中心，以達完全游離，放出高品質的極紫外光源之目標。 本實驗希望以連續水柱斷裂的方式產生高重覆頻率的液滴，首先，先以純水為溶液，在20 kHz之重覆頻率、18 psig壓力下找出最佳噴墨的雙極脈衝波形，接著，再以同樣的參數噴摻錫溶液之溶劑5% KOH與稀釋後9.55 wt.%的摻錫溶液，能順利噴出後，最後，濃度再往高調至17.5 wt.%的摻錫溶液，唯一改變的參數為氣壓，調高至P=26.2 psig，即可順利噴出穩定液滴，液滴尺寸約噴口大小的兩倍左右。 本實驗以MicroFab公司生產的型號MJ-AT-01的擠壓式壓電噴頭，架設一套專為產生極紫外光源所需的液滴靶材產生系統，文獻研究多以此MicroFab噴頭以低重複頻率(2千赫茲以下)Drop-on-demand的方式來產生液滴，而很少提到如何以連續水柱斷裂的方式來產生穩定且高重覆頻率的液滴，本實驗是第一個以擠壓式壓電噴頭，用連續水柱斷裂方式噴出高重複頻率達2萬赫茲以上的摻錫溶液液滴靶材，並找出一組穩定噴墨的最佳參數，為產生極紫外光源所需的液滴靶材系統提供一個重要的參考。

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數值模擬輻射電偶極鄰近金屬奈米粒子之電磁場分佈

過去實驗上曾觀察到發光二極體量子井中輻射電偶極與金屬奈米結構中表面電漿子的耦合現象。欲深入瞭解此耦合現象的物理機制，勢必精確計算其電磁場分佈。吾人因此開發一套可以計算多體散射問題的邊界積分方程法。為確保程式的正確性，吾人用此法計算一些具有解析解的特例，並與Mie理論計算的解析解比對。然後將此法應用在計算輻射電偶極鄰近多個金屬奈米球之電磁場分佈與散射功率頻譜。模擬結果顯示本法可用來探討電偶極與金屬奈米球間的耦合效應。

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相位跡變匹配鈮酸鋰寬頻綠光晶體之研製與其應用於改善光斑效應

本論文主要以非線性晶體鈮酸鋰材料，藉由在晶體中研製出週期性極化反轉結構，產生一光柵動量，使1064nm紅外光因準相位匹配而倍頻輸出綠光。 吾人以高壓致極化反轉之方法，於0.5mm厚鈮酸鋰上完成變跡區段啁啾結構。憑藉本實驗室0.5mm厚鈮酸鋰之穩定製程，改良其步驟，以反向製程在厚度0.75mm厚鈮酸鋰上研製出一維週期性極化反轉結構。光學量測上，於0.5mm厚鈮酸鋰變跡區段啁啾結構進行倍頻實驗，測得溫度頻寬ΔT=60°C，轉換效率37%，及綠光頻寬5nm，轉換效率12%。

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氧化鎵/氮化鎵奈米線金氧半場效電晶體之製作與特性研究

本論文提出利用水平選擇性成長氮化鎵奈米線技術與光致電化學氧化法將氮化鎵致換成氧化鎵技術，製作出氧化鎵/氮化鎵奈米線金氧半場效電晶體，並應用氮化鎵極化特性，在氮化鎵/氧化鎵表面產生二維電子氣，氮化鎵/藍寶石基板上產生負的空間電荷，解決了當閘極長度小於50nm時，碰到的短通道效應。且元件在直流與高頻特性上，獲得了相當優異的結果。 本文以固液氣三相反應機制，開發N-face氮化鎵水平定向成長技術，並以光致電氧化技術，研製氧化鎵/氮化鎵奈米線金氧半場效電晶體。並發現由於極化不連續，在氮化鎵與氧化鋁基板上會產生負的空間電荷，抑止了短通道效應。在50nm 線徑與 Lg=50nm下，獲得電流/功率截止頻 150/180GHz。 本文氧化鎵/氮化鎵奈米線寬約為50nm，且為等腰三角形結構，當閘極長度為50nm時，此元件具有120uA 飽和電流、轉導值為 77uS、電流開關比為10000、次臨界擺幅為90mV/dec且電流/功率截止頻150/180GHz。其物理機制可歸納於以下，利用奈米線水平成長以最低自由能與近無缺陷之單晶生長模式，在藍寶石基板與氮化鎵形成陡峭介面。由於極化場量不連續，在氮化鎵/藍寶石介面，提供負空間電荷；而在氧化鎵/氮化鎵介面，提供正空間電荷， 並在氧化鎵/氮化鎵表面形成二維電子氣以維持電中性。並估算此二維電子氣之空間侷限位能井，具備文獻上以複雜超晶格磊晶技術所欲達成之背向位能屏障功能；同時也因負空間電荷相斥效應，抑制短通道電流向基板之洩漏，而使電晶體有較優之直流與高頻特性。

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氮化鎵奈米柱發光二極體其應力與缺陷相依性之內部量子效率之特性探討

近年來，由於氮化鎵其良好的特性，被廣泛的應用於短波長的發光元件。目前有許多研究團隊提出各式各樣的奈米結構技術來提升效率，而其中又以奈米柱發光二極體最受矚目。在本篇論文中，我們提出一種具實用價值之奈米小球微影術用以製作具有p-i-n結構之奈米柱陣列發光二極體元件並分析其特性，亦藉由拉曼量測證實奈米柱元件可有效地釋放發光層間的壓縮應力。 目前在一般的研究上，常用來定義發光二極體內部量子效率的方法主要是做低溫光致發光(photoluminescence)量測，通常假設當環境溫度非常低(接近0K)的時候，進行非輻射復合的載子數量會趨近於零，幾乎全部的載子都會進行輻射複合，因此定義此時的內部量子效率為100%。但是在我們低溫光致發光、低溫電致發光(electroluminescence)及低溫拉曼量測結果中發現，當溫度逐漸下降，每個元件缺陷逐漸被排除同時卻也伴隨著承受比室溫下更多的壓縮應力，因此我們提出了一個嶄新的模組來分析內部量子效率，此法不同於以往對於低溫的光致發光結果只歸因於缺陷的抑制，更將低溫下應力的因素一併考慮，故此法可幫助我們求出比以往更精確的內部量子效率。最後，藉由電致發光得到各元件的外部量子效率，進而可求得各元件的光萃取效率，進而從幾何觀點來探討奈米柱結構的貢獻。 在本論文中，我們藉由奈米柱元件與平面結構元件的應力及缺陷的差異，讓我們對發光二極體的效率探討有了新的思維，此一連串緊扣的複雜關係，將在本論文中一一剖析及呈現。