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厚主動吸收層鉛鹵鈣鈦礦有機/無機混成太陽電池之製作

本論文提出一種，低溫、全溶液製程、製程簡單、可大面積化之鉛鹵鈣鈦礦有機/無機混成太陽電池元件。其中本論文使用鉛鹵鈣鈦礦作為主動吸光層，藉由DMSO對於PbCl2的高溶解度特性，以提高precursor溶液之濃度，並建構有機/無機混成太陽電池元件。元件結構為ITO/PEDOT:PSS/Perovskite/PCBM/Al，屬於正式太陽電池結構，適當地選擇電洞和電子傳輸層，並透過旋轉塗佈最佳化陰乾條件，讓本論文之太陽電池元件表現更佳。本論文建構之太陽電池元件效率可達7.0 %，其短路電流18.1 mA/cm2有著優異的表現。本論文所提出之鉛鹵鈣鈦礦有機/無機混成太陽電池元件挾帶著良好的效率表現及其具有可大面積化之優勢，以利未來朝向大面積元件之製作發展。

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具備垂直耦光特性之45度高分子聚合物反射面應用於板上光學連接模組

隨著光纖鋪設的普及化，光通訊已逐漸成為資訊傳播的主流，不僅是跨國界的長途訊號傳送，近十年來，光纖到府(FTTH)的概念也逐漸被應用在商用大樓甚至是家用建築。伴隨著半導體科技的進步，在相同的面積下，現有的CPU效能越來越強大，所以每一秒能產生的資訊量也被大大的增加，晶片與晶片的資料傳輸需求使得傳統使用銅纜線的技術已經遇到瓶頸。因此我們不只是想要將光訊號處理應用在大尺度上面，隨著光訊號傳輸與處理技術的成熟，以及小尺度的應用也逐漸被提出，像是光連接器(optical interconnector)，光多工器(WDM)等等。使用光訊號的好處是，與電訊號相比，我們能夠顯著的提高晶片傳輸訊號的數量，然而，傳統的耦光方式，在現有追求小面積的趨勢下並不容易與現行的晶片整合，因為水平方向的光路會增加晶片尺寸，所以整合垂直方向光路的3D光晶片的概念就被提出來。 WDM(波長多波分工)這項技術是為了滿足對光通訊的大量需求被發展出來。市面上，常見的多工器模組，都是利用氣相蝕刻出來的chanel waveguide(通道波導)，在上面沉積二氧化矽，並將分光蕊片安置其中。然而，為了降低製作成本以及簡化製程，如何利用不同設計已達到相同分光效果的元件便成為一件重要的事。 在這篇論文中，我們結合斜向曝光的黃光製程、漸變式錐形耦合器、脊形波導和多模干涉耦合器，實現了板上(On-Board)的光連接器，能夠在光晶片裡面垂直整合光路，並針對780nm 和 850nm波段的光進行分光，並將總能量損耗控制在30dB左右。在我們的設計過程，我們使用BPM以及FDTD進行模擬，找出在fundamental mode 的power loss最小的結構，以及針對入射的offset tolerance 進行探討。

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2.7載波週期之光場量測與控制

數個週期的近紅外光超短脈衝，對應的脈衝寬小於10飛秒(fs)，由於它們超高的時間解析度、超寬的頻譜範圍與超強的強度峰值，目前已經受到相當好的關注。他們被用於各種不同的應用上，比如時間解析光譜儀和極紫外光與X射線孤立脈衝的高階倍頻產生。然而超短脈衝在介質傳遞時較易產生時間上的展寬，等於強加一個頻譜相位調變在輸入脈衝上。因此，對於在一些應用上能夠維持與控制超短脈衝波形來說，超短脈衝的振幅與相位資訊是相當重要的。目前已經有一些量測技術能解析數週期脈衝的電場資訊，它們都仰賴未知脈衝的非線性轉換訊號。在這篇論文，我們成功地提出以及證明藉由脈衝塑形器輔佐之修正場自相關干涉量測法"shaper-assisted modified interferometric field autocorrelation(MIFA)"與40微米厚的BBO能夠解析7.2飛秒、16披焦耳(pJ)近轉換極限極弱脈衝的頻譜相位，且中心波長為800奈米。實驗結果證明了這個方法的高準確性與重複性。我們的方法十分有吸引力，有幾項優點：(1)厚非線性晶體所對應的極高靈敏度。(2)不需要耗時的迭代演算。(3)量測與脈衝塑形的融合能夠得到任意脈衝波形。(4)簡易的實驗架構能避免環境干擾從而得到高穩定性。

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使用電漿子狹縫之超穎介面產生非常態光偏折

在這篇論文中，我們藉由刻在金薄膜上的V型狹縫陣列來產生非常態光偏折現象。在數值模擬的部分，我們使用有限時域差分法來得到較為精確的結果。當我們使用水平方向偏振的光垂直入射打到V型狹縫陣列的結構上時，除了產生一樣為水平方向偏振的穿透光之外，還會產生出偏振方向為垂直方向的偏折光，我們可以用廣義上的斯乃爾定律來解釋角度的偏折，藉由數值模擬的方式來找出適當的重複週期，我們就使用這個週期大小來做進一步的分析以及實際上用來進行實驗量測的樣品大小。 　　而在實驗所使用的樣品上，我們在玻璃基板上用熱蒸鍍的方式鋪上一層金薄膜，再使用聚焦離子束的方式在金膜上刻出V型狹縫的陣列。實驗的架構上是使用架設出來的成像系統並用近紅外光的相機來收光。因光打在樣品後會產生出穿透光以及折射光，當我們觀察樣品下方的不同平面時，會觀察到兩個光點隨著觀察面的位置不同而有不同的間距，根據這些數值就可以計算出其折射角。最後藉由不同波長的光源以不同的入射角進行實驗，得到的結果亦可以很好的符合理論上的數值。

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遭外部擾動量子點半導體雷射之本質參數量測 與穩定性分析

本論文主要是利用穩態分析以及四波混頻分析來探討雷射的鬆弛震盪特性以及遭外界微小干擾時的行為。其中四波混頻分析還能用來量測本質參數，進而探討半導體雷射動態行為。藉由量測外界擾動對本質參數的影響，我們能夠更深入地研究雷射動態行為在有外界擾動時的改變。 在這篇論文中，我們將線性穩態分析套用在量子點雷射和量子井雷射上。光注入下以及未受外界擾動的情形也分別加以探討。藉由從內部微擾推導出的特徵方程式，我們可以得知雷射的鬆弛震盪頻率以及衰減係數。從不同偏壓電流、線寬增益係數、光注入強度、以及調頻頻率下的衰減係數可以得知量子點雷射有比量子井雷射更好的穩定性。另外，光回饋下量子點雷射的穩定性及動態行為也有用數值模擬的方式探討。 為了探討在四波混頻分析的過程中雷射對外部微擾的反應，我們推導了光注入下以及未受外界擾動的量子點雷射和量子井雷射模型並得出其解析解。另外，我們也有推導光回饋下的量子點雷射模型的四波混頻分析。這些理論模型都有仔細地和數值模擬的結果作驗證比對。 我們已經將四波混頻分析成功地套用在量子點雷射上，並且同時求出線寬增益係數等本質參數。在不同的調頻頻率下，藉由將實驗得出的再生訊號強度和調幅訊號強度與理論算出的強度作擬合，我們可以同時得到線寬增益係數、量子點內的載子衰減率、微分增益、以及光子衰減率等本質參數。我們也討論了用這個方法所求出的各個本質參數的精準度。另外，我們也研究了各個參數對再生訊號頻譜和調幅訊號頻譜的影響。 另外，我們用一個簡化的速率方程式模型進行光注入下量子點雷射的四波混頻分析。我們討論了不同本質參數和不同注入條件下再生訊號頻譜和調幅訊號頻譜的變化。藉由擬合實驗得出的再生訊號頻譜和調幅訊號頻譜，我們得到不同注入條件下單模量子點雷射的本質參數。我們也展示了光注入下的線寬增益係數能夠降低到原來六成左右。當注入強度增加時，線寬增益係數可以降得更低。這個現象可以用在減緩光通訊的啾頻效應。 為了完整地研究量子點雷射遭外界干擾時的變化，我們建立了光回饋下量子點雷射的四波混頻模型。我們研究了不同回饋條件下再生訊號頻譜和調幅訊號頻譜的變化。另外，我們也討論了本質參數對再生訊號頻譜和調幅訊號頻譜的影響。基於這些理論預測的結果，我們成功地量測出光回饋下量子點雷射的本質參數，其中光回饋下的線寬增益係數會增加。

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半導體雷射遭受雙光擾動下之動態特性與其應用

本論文主要是在研究半導體雷射遭受雙光擾動(包括雙光注入與同時光注入與光回饋)下的動態特性與其應用。半導體雷射在遭受一般單一光擾動時，其原來的共振腔震盪頻率(cavity resonance frequency)會因為頻率推移效應(frequency pushing effect)而被改變。根據此一頻率的改變量，雷射對於某一光擾動的影響可以被定量的分析。當半導體雷射遭受雙光擾動時，我們可以根據這些頻率的改變量來分析各個光擾動在整個系統內所造成的影響。 對於半導體雷射遭受雙光注入時，我們觀察到了不同的動態區域包括PP、PS、SP、SS、S'S'、S'L、LS'和LL。這些區域是根據原單光注入所產生的動態與特性頻率在第二道光注入時被保留(P)、被改變(S)或被抑制(S')而定義出來的。L這個符號則是表示雷射在單光注入時就已經被穩定鎖頻(stable locking)。為了瞭解這些動態區域與不同注入參數的關係，我們將不同動態區域和它們所對應的雷射動態畫在兩張動態地圖中分析。一張是以兩個光注入強度當變數，另一張則是以兩個光頻差當變數。對於不同動態區域間的轉換情形，我們可以藉由追蹤並比較單光注入與雙光注入下震盪頻率的改變而觀察到。此外，一種在雙光注入下特有的鎖頻態(frequency locking state)也第一次在實驗中被觀察到。這種鎖頻態是在當雙光以相反光頻差注入時，彼此的頻率推移效應剛好互相平衡所發生的結果。 對於半導體雷射同時遭受光注入與光回饋時，我們區分出了PP、PS、SP、 SS和LS'等動態區域。為了研究光注入與光回饋在被擾動的雷射中互相競爭的情 形，這些動態區域與其所對應的雷射動態同樣畫成是以光注入強度與光回饋強度為 變數的動態地圖。從動態地圖我們發現半導體雷射對於光回饋的擾動比光注入更為 敏感。此外，為了證明此一動態地圖的實際可用性，在本研究中我們深入探討不同動態區域與各種利用雙光擾動半導體雷射架構之應用的關係。其中包括了窄線寬光電微波訊號的產生、寬頻渾沌訊號的產生以及穩定雷射等應用。

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利用摻釹釔鋁石榴石雷射激發脈衝式光參震盪器產生黃光雷射

在本論文中，我們推導了在低增益條件下的近似增益解析解，可以縮短在模擬光參震盪器時所花費的時間。我們也介紹了脈衝式光參震盪器的運作機制，與其光腰半徑與共振腔長的設計方式。能夠產生波長532奈米雷射的途徑有很多種，我們舉了六個達成方式來分析，由分析結果，我們選擇利用串聯倍頻，光參震盪器，倍頻的方式來達成，並且用其進行相關的生醫實驗。我們利用不同波長打入待測物，待測物會因熱膨脹而產生超聲波訊號，由於不同波長有著不同的吸收率，而產生不同的超聲波訊號大小，進而分辨待測物種類。最後，生醫實驗失敗的可能原因是由於波長選用範圍太接近所造成。

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利用脈衝逐線塑形器達成超高重複率 光脈衝序列產生及其在毫米波通訊的應用

因申請專利緣故，資料延後公開

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透過折射率變化之水平式隙縫光波導耦合器模擬研究

本論文提出並以模擬驗證一極化無關之光方向耦合器，透過變換不同流體折射率之方式，使其隙縫式光波導之兩偏振態之耦合長度一致，達一極化無關之元件效果；另一方面，探討其耦合長度曲線，進一步設計一極化分光器，並可通過有無流體之選擇，達一近極化無關耦合器與一極化分光器之切換。 再者，將其光纖耦合器與光方向耦合器設計於同一積體晶片上，並採用雙層錐形脊狀之結構，達水平與垂直方向之漸變耦合。

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光頻梳雷射系統與銫原子6S-8S雙光子躍遷光譜

銫原子6S-8S雙光子躍遷是個相當優質的譜線，它不受一階磁場效應的干擾，也可以很輕易的消除一階都卜勒效應。在研究價值上，它可以用來驗證與研究相當多的物理定律，如宇稱不守恆與夸克質量是否會改變等。在應用方面，它有潛力成為一個可靠且輕巧的光頻率標準源。 本篇論文建立了穩頻半導體雷射系統與光頻梳雷射系統來研究此躍遷，透過一個電光調制器我們同時達成了鎖頻兼掃頻的任務，在Pound-Drever- Hall的技術下我們縮減了雷射線寬而一步一步描繪出高解析的光譜，透過函數擬合光譜訊號以及以銫原子鐘為基準的光頻梳雷射測量掃頻雷射的頻率，我們得出5 kHz量測不準度的躍遷頻率中心值，但是我們的量測結果與德國Max Planck研究所的Hänsch團隊有著4σ的差異。為了找出這個差異的原因，我們檢驗了10支實驗室裡的銫原子氣室之躍遷絕對頻率，其中有些氣室來自不同的製造公司，修正了已知的頻率偏移效應後，我們發現這些氣室所量測到的躍遷絕對頻率可以差距到400 kHz，而且絕對頻率的差距與螢光線寬有高度正相關性。我們最終選取兩個線寬最窄也最接近理論計算的氣室，以其量測值的平均來決定出躍遷絕對頻率，並且將不準度保守評估為10 kHz。這個成果發表在2013年的Optics Letters期刊上，並且獲得美國光學學會選為8月份的Spotlight on Optics。 此外，我們藉著調制雷射相位，進行了雙光子躍遷量子干涉的觀測。我們觀察到原本單純的雙光子光譜出現了許多新的光譜訊號，這些訊號不僅強度隨著調制深度而有變化外還伴隨著干涉的效應，因此在適當的條件下，即使載波的雷射頻率仍存在，但螢光訊號卻幾乎消失，證實了破壞性量子干涉的存在。