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以電漿輔助化學氣相沈積法於矽懸臂沈積之氮化矽薄膜應力對機械損耗之影響暨機械損耗量測系統改善

美國雷射干涉重力波組織　(Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory ；LIGO)以偵測重力波為主要研究項目，短期目標是以實際偵測到的重力波證明愛因斯坦的廣義相對論，長期目標則是希望能將重力波運用於各種天文現象的觀察及建立重力波天文網，例如中子星(neutron star)、黑(black hole)、超新星(supernovae)…等大質量星體的訊號。由於重力波的訊號相當微弱，因此需盡可能地排除外在雜訊的干擾，而在其總體雜訊最低的100Hz處，雜訊主要來自於光學反射鏡自身材料所產生的熱擾動，因此本實驗室的研究目標即是找尋光學損耗、機械損耗皆低的光學薄膜材料。 本論文的研究重點係以電漿輔助化學氣相沉積系統於矽懸臂上鍍製各種不同成分的氮化矽薄膜，並檢視各成分薄膜的光學特性（折射率、消散係數）、機械特性（薄膜應力、楊氏係數）及機械損耗特性，其中薄膜應力與機械損號間的關係為本論文將深入探討之重點。此外，本論文的另一重點為本實驗室室溫機械損耗量測系統的抽氣速率改善，以及低溫機械損耗量測系統之架設。

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寬能隙P型有機射極之高效率混合型矽異質接面太陽能電池

矽基太陽電池有著高效率、豐富來源等優點；而有機太陽電池可以利用低溫、低成本之溶液製程以及擁有捲對捲的拓展性之優勢，結合以上兩種系統的太陽電池，即是有機無機混成太陽電池。在無機的矽基板以及有機的共軛高分子材料基礎下，不但可以有效簡化製程手法，進而能大幅降低整個太陽電池的製程成本，但依舊可維持高效率之特點。 在本論文中，我們開發出一種利用共溶劑混藥方式，去配製具有強大拉電子能力的F4TCNQ摻雜於寬能帶的螢光高分子PFO中，此P型的有機層被旋塗在矽奈米線跟TAPC之介面，用以當做載子複合層且可拉低螢光高分子的費米能階，並且我們透過紫外光光電子能譜儀以及X-ray光電子能譜儀的量測，可以觀察到此P型的有機層中的F4TCNQ分布，是透過垂直性相分離的方式，呈現一種空間上梯度式摻雜，導致越靠近矽奈米柱處摻雜的F4TCNQ就越多，也就越呈現P型，此現象不但造成矽基板與P型有基層接面處的能帶彎曲，也使得電洞更容易因能障降低而傳遞到電極，因而提升開路電壓與填充因子，其元件轉換效率可達 13.6%。

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分子離子飽和吸收光譜儀

在本論文中，我們建立了一套偵測分子離子中紅外飽和吸收光譜的光譜系統，此系統包含產生分子離子的延伸負輝光放電管以及偵測光源：單頻、波長可調且可精確量測頻率的中紅外光光學參量振盪器 (Mid-IR Optical Parametric Oscillator)。我們使用一1064 nm Nd:YAG雷射作為PPLN OPO的pump光源，產生的近紅外signal光波長範圍為1450 nm ~ 1880 nm，中紅外idler光波長範圍為2.6 ~ 4.2 μm。鎖頻部份，我們將OPO的signal光穩頻在一fiber OFC上並將pump頻率offset鎖頻在另一碘穩頻的Nd:YAG雷射上，透過改變offset的頻率可以改變pump頻率，進而改變idler頻率。 在H3+的研究中，本實驗室曾利用飽和吸收光譜加上光頻梳量測H_3^+ 〖 ν〗_2基頻帶 (fundamental band) R(1,0)躍遷譜線的中心頻率，準確度為250 kHz。後來B. J. McCall 以雜訊壓抑腔增強光外差速度調制光譜法(NICE-OHVMS : Noise Immune Cavity Enhanced Optical Heterodyne Velocity Modulation Spectroscopy)，最近S. Schlemmer group也以冷離子井 (cold ion trap)配合OPO及fiber OFC (optical frequency comb)量測低溫 (10 K) H_3^+的吸收譜線，他們的譜線中心頻率的測量結果與我們有5 ~ 10 MHz的差距。這樣的差距可能是來自於idler光頻率調制的影響，所以我們將原本調制OPO idler光頻率的系統改為調制idler光強度的光譜量測系統。 最後我們嘗試以此改進的系統量測H3+ R(1,0)的飽和吸收光譜，得到譜線中心頻率為81,720,377.357 MHz，準確度為492 kHz，結果與B. J. McCall研究團隊相差67 kHz。未來我們將改善碘穩頻鎖頻及offset lock鎖頻的準確度和譜線訊躁比以得到更準確的譜線中心頻率。我們也將廣泛量測H3+、HeH+ 和HeD+的譜線。

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利用硝酸氧化與熱氧化法鈍化多晶矽太陽能電池之研究

本實驗利用浸泡硝酸氧化法在多晶矽晶片上成長氧化矽後，並搭配有氧氣環境下的高溫退火(熱氧化)再成長出超薄熱氧化矽用以表面鈍化，並討論不同溫度下退火的少數載子壽命，來尋找最佳的退火參數，而我們也比較了有無浸泡硝酸的矽晶片在高溫退火後，在大氣環境下隨時間的衰減程度，並使用電致發光(EL)量測，來得知預先硝酸氧化處理的優點，而藉由此方法我們有效提高了業界產線片的轉換效率。

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多晶矽太陽能電池之研究：利用雷射開孔法製作含氧化矽/氧化鋁鈍化層的局部背面接觸

申請專利中，論文延後公開

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利用Mach-Zehnder 干涉儀於入侵感測之研究

本論文是以Mach-Zehnder干涉儀為光纖感測器架構，干涉儀兩臂同時作為感測光纖段，並自行製作一摻鉺光纖環型共振腔雷射為光源，同一光源以前後雙向進入感測架構中，前後向各有一光偵測器接收干涉訊號。入侵感測位置與干涉儀前、後端距離有一長度差，我們把此長度差推算為兩干涉訊號的時間延遲，兩時間延遲的訊號以互相關運算(cross-correlation)作分析，進而達到入侵感測與定位的效果。

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利用雙色光短脈衝雷射產生之電漿態激發寬頻兆赫波

利用聚焦短脈衝雷射產生之空氣電漿所輻射出的寬頻兆赫波，其理論可以用瞬時光電流模組來解釋，空氣分子經由聚焦的雙色短脈衝雷射離子化產生電漿，自由電子受到雙色雷射脈衝的驅動產生具有方向性的瞬時光電流，而這個瞬時光電流被視為是寬頻兆赫波的發射源。其中，雙色雷射脈衝之間的相位差是一個影響兆赫波強度的重要因素，模擬結果顯示，相位差為π/2時產生之兆赫波強度比起相位差為0時強很多，因為較為不對稱的電場分佈會得到較強的方向性電流。其他影響兆赫波強度的因素也會在論文中被討論，例如入射雷射強度、二倍頻轉換效率、波長和脈衝寬度等。此外，瞬時光電流模組也用來討論不同階的混頻光對於兆赫波產生的可能性。 此外，利用固態材料可以產生比氣體更高密度的電漿的特點，實驗上我們亦利用雙色短脈衝雷射打入石英玻璃，量測經由石英玻璃內部電漿產生的兆赫波，並與用空氣電漿產生的兆赫波訊號做比較。

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利用摻鐿光纖啁啾放大器架設高功率飛秒雷射系統之研究

高功率超快光纖放大器，常伴隨著嚴重的非線性效應，這些非線性效應將會大幅降低光纖放大器輸出光特性。本論文，我們設計及架設一台飛秒級高功率摻鐿光纖放大器之啁啾脈衝放大系統(波長=1064奈米)。本實驗採用正色散被動鎖模光纖雷射，輸出光源頻寬為9奈米，其對應轉換極限脈衝寬度為185飛秒，然其輸出光脈衝為11.7皮秒，因此其輸出種子雷射為高啁啾脈衝光。託其種子雷射之特性，其輸出光脈衝已展延60倍，故在本實驗中無需使用脈衝展延器。其啁啾脈衝經7公尺的摻鐿光纖放大後，平均功率可達1瓦，脈衝寬度為20皮秒(重覆率~15 MHz)。本系統輸出光強受限於光纖放大器之非線效應，特別是受激拉曼輻射最嚴重，將導致訊號光強增益降低。利用光柵將之脈衝壓縮，可產生尖峰功率達25 千瓦且脈衝寬度約為900飛秒，其壓縮損耗約為50%。最後，我們利用類型一臨界相位匹配三硼酸鋰晶體，產生波長為532奈米之二階諧波。當操作在最佳聚焦參數為1.5時，其入射壓縮脈衝光在370毫瓦平均功率的情形下可得到88毫瓦的綠光，同時轉換效率達23%。此倍頻轉換效率相較先前10%之皮秒雷射系統尤佳。在未來，本實驗將利用二級纖核直徑為30微米的摻鐿光纖放大器亦或於放大器前提升其脈衝展延能力，以達到更進一步的光放大輸出。

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摻鉺光纖雷射脈衝形變技術及自適應控制與其應用

本論文中，我們的光源為1550nm摻鉺光纖脈衝雷射，藉於脈衝形變原理及自適應控制，我們利用凍結相位演算法產生一傅氏轉換極限脈衝。進一步我們也利用Gerchberg-Saxton演算法產生了設計的任意波型。 此外，我們亦將摻鉺光纖脈衝形變技術用於超高速光通訊傳輸系統，我們結合1550nm連續雷射相位調製光頻梳及可調式脈衝形變器，配合光電式W頻帶光纖-無線通訊系統，我們展示了一規模可調並可無縫升級的無線/光纖集成網路。用戶端只需替換一光帶通濾波器即可無縫升級。其有線資料傳輸率達到17.45Gb/s且光纖資料傳輸率達3.36Gb/s。我們亦觀察了在光纖中射頻強度衰減效應。

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使用聚合物封裝布拉格光纖光柵製成壓力偵測器研究

摘要 在本篇研究中，我們嘗試以高分子聚合物封裝剛性物體與光纖光柵，藉由剛性物體在聚合物內部形成剛性約束，產生應力集中的現象，導致漸變應變分布產生。使用光纖光柵去感測發生在聚合物內部的應變分布改變，透過量測光纖光柵的反射頻譜半高寬以及反射光光功率的方法解調外加壓應力變化，實現一個使用聚合物封裝光纖光柵製成的壓力偵測器。