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氧化銦錫奈米柱狀結構應用於提升氮化鎵發光二極體之出光效率

在本文中，我們研究氧化銦錫奈米柱狀結構的生長機制和物理特性，進而應用在發光二極體來提升其光萃取效率。奈米柱狀結構是以電子槍蒸鍍搭配斜向入射氮氣或斜向沉積法來製作。我們使用掃描式電子顯微鏡、穿透式電子顯微鏡、能量散射光譜儀、紫外-可見光光譜儀以及四點探針等儀器來對氧化銦錫奈米結構作結構、成分、光性以及電性上之分析。我們亦使用三維有限時域差分法來計算氧化銦錫奈米柱結構對發光二極體光輸出功率提升的程度的影響。 在論文的第三章，我們主要會討論氧化銦錫奈米柱的生長機制及單根奈米柱的內部組成成分。我們也匯整了在不同沉積條件環境下成長對氧化銦錫奈米柱薄膜外部形貌所造成的影響。在光性上，這層氧化銦錫奈米柱結構薄膜在寬頻域對光都具有優越的穿透特性。而在論文的第四章第五章，我們將高密度分佈的氧化銦錫奈米柱薄膜應用在氮化鎵藍寶石基板型發光二極體和垂直注入型發光二極體上。分別對兩種元件做出光特性的量測，結果顯示出光功率都較原本的元件提升了47.4%和19.1%。我們使用三維有限時域差分法來驗證氧化銦錫奈米柱結構對這兩種發光二極體光輸出功率提升程度的影響。

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外在環境光源於反射式顯示器色彩品質評估之研究

隨著資訊時代的來臨，消費性電子產品不斷朝向可攜式化、輕薄短小化、省電、低功率輸出的方向前進。過去的穿透式顯示器(Transmissive type LCDs)由於擁有固定的背光，因此對色彩表現對環境光源較不敏感，但是在強光下(如太陽光)，其色彩飽和度會明顯下降，除此之外，此種顯示器也會因為要開背光而耗損較多的電能；為了解決穿透式顯示器的問題，反射式顯示器(Reflective type LCDs)利用環境光節省了背光的電能，也縮小了顯示器的體積和重量，但也因此對環境光源較為敏感，色彩表現會因為光源的不同而有所差異。 過去常用色座標(Chromaticity diagram)以及相關色溫(Correlated color temperature, CCT)來表示光源的差異，但是卻沒有一個指標性的標準來評估光源之於反射式顯示器的好壞。因此本論文以色彩學的觀點重新出發，將演色性(Color Rendering Index, CRI)的觀念帶進顯示器的領域，用以取代過去用以評估光源的指標。更進一步探討光源頻譜之於顯示器濾色片(Color filter)的匹配程度與色彩表現優劣的關係。最後，本文期望能利用演色性，找出對於反射式顯示器色彩表現最佳的頻譜之光源組合，尤其是目前當紅擁有高飽和度的LED(其窄頻的特性也相對容易與濾色片的匹配程度下降，因此造成了嚴重的色差)。

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8-11 keV 穿透式X 光顯微鏡系統中Zone plate 傾斜之研究

光學元件Zone plate 在近幾年來被應用為穿透式X 光顯微鏡(TXM)系統中的聚焦透鏡。當系統中的zone plate 被傾斜時,顯微鏡影像會受到像差的影響。以入射光的觀點來看,zone plate 的穿透函數形狀因傾斜改變了,因此傾斜的zone plate 不再能正常的聚焦入射光。 在本篇論文中,將呈現實驗與模擬的結果。在TXM 系統中有一個五軸座台可幫助完成此實驗,該座台可以三維的移動zone plate,以及傾斜zone plate(以垂直或水平方向為旋轉軸皆可) 。根據富立葉光學理論,只要知道光源的光場,每個元件之間的距離,樣品與zone plate 的穿透函數,即可計算整個顯微鏡系統中任何地方的光場。在此論文中,將運用matlab 平行處理的程式去完成複雜的計算。以模擬出來的影像和實驗結果做比對,找出顯微鏡影像可接受的zone plate 最大傾斜角度。

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提昇膽固醇膽固醇液晶顯示器亮度之光學薄膜設計

反射式液晶顯示器擁有許多優點，像是重量輕、低功率消耗以及可在陽光下閱讀，因而相當適合應用在電子書以及電子看板的市場上。但是反射式顯示器還是有許多問題需要解決，例如低亮度、低對比以及視角小，導致在應用性來講受限很多。微光學元件擁有設計彈性，低價位等優點，所以適合應用於提昇反射式顯示器的光學表現。已經有許多方法提出並有不錯的效果，但是它們都有各自的缺點，例如製作複雜度、價格、或是應用限制性。 在這篇論文中，提出了菱鏡陣列薄膜並驗證用於膽固醇液晶顯示器提昇對比以及亮度之效果。提出的光學薄膜可以簡單的貼在顯示器之表面上，藉由微結構將反射光的角度偏移炫光的角度以提昇對比。另外，薄膜的製程可以使用卷對卷技術，便於使用在大型看板上。藉由評估反射角度以及實驗驗證，提出的菱鏡陣列薄膜有潛力應用於膽固醇液晶電子看板上。 菱鏡設計是根據鏡面反射而設計的，我們驗證在電溼潤顯示器上菱鏡薄膜可以提昇一定的亮度。所以除了膽固醇顯示器外，它也有潛力可以應用在其他反射式顯示器上。

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透過二維光子晶體來監控二維奈米級的位置變化

在本論文中，我們提出一套簡易及低成本的干涉系統，藉著由偵測二維六角型光子晶體玻璃基板來即時監控二維之奈米等級位移量。這個即時監控二維奈米等級位移量的方法，是將波長為633-nm的氦氖雷射光源正向入射一個二維六角型光子晶體玻璃基板來產生遠場繞射光束。基板在作二維移動時，六道繞射光束的光場相位會隨著光子晶體玻璃基板的位移向量來作線性變動。當我們取兩道一階繞射光束與零階光束在兩個正交平面上形成二維的干涉圖形，利用CCD讀取並作訊號處理來量得移動前後之相位差，即可推算出裝置基板之移動平台的位移量，其量測二維位移量之準確度可到達奈米等級。最小可測量的位置變化量會與作為繞涉光柵的光子晶體之週期大小有關，而我們所用的二維光子晶體週期約為1.28μm，最小可量測的位置變化量可到20nm。

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六倍頻60GHz光通訊系統載上7GHz之OFDM訊號研究及訊號預先編碼技術

近年來多媒體影音的各種服務快速崛起，因此對於通訊系統的資料傳輸速率也有越來越高的要求。本篇論文提出一種新型的六倍頻光調變技術，且此種調變技術可以傳輸向量訊號。此技術使用兩顆外接式光調變器，第一顆提供修正型單邊帶(Modified SSB)調變系統，第二顆則提供四倍頻昇頻技術。系統載上88個次載波，符號率78.125-Mb/s的OFDM訊號，訊號格式使用QPSK及8QAM，故資料率分別可達13.75-Gb/s及20.625-Gb/s。此外，我們使用資料預先編碼技術，證明了即使是雙邊帶載波抑制(DSBCS)調變系統，仍然可以載上向量訊號。

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在鈦酸鉛及氧化鐵鈷的多重鐵性系統中研究受應力影響之介面聲子與鐵磁特性

在此篇論文中，我們藉由顯微拉曼光譜研究在以鈦酸鉛為基質而含有三種不同幾何結構的氧化鐵鈷之多重複合鐵性材料中之介面聲子及鐵磁特性與應力的相關性。多重複合鐵性材料在介面上的聲子能量和鐵磁特性跟應力的關係不只源自於氧化鐵鈷跟鈦酸鉛基底的晶格大小差異，也跟他們在介面上的化學鍵結強度相關。其中，以disk-3型態的多重複合鐵性材料，即為自組裝的盤狀氧化鐵鈷鑲嵌於鈦酸鉛基質中，顯現出在鐵磁相與鐵電相間有最強的彈性交互作用力。相較於氧化鐵鈷與鈦酸鉛的層狀結構(2-2)或氧化鐵鈷粒子懸浮於鈦酸鉛中的結構(0-3)而言，disk-3的氧化鐵鈷在磁滯曲線上有較低且較不對稱的矯頑場及難以被飽和的磁化量，這些皆與鈦酸鉛在拉曼光譜中的A1(2TO)和A1(3TO)模態有較多的紅位移相吻合。

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寬頻液晶空間相位調制器

由於阿秒雷射系統中需要運用從紅外光至紫外光下的光源，因此我們目的製作可調變此波段下的脈衝光源的液晶空間相位調變器。 觀察液晶面板技術中，其結構的各部份對於非可見光的波段有極高的吸收度，常使用的導電薄膜為氧化銦錫，其對於紫外光和紅外光有極高的吸收。為滿足寬頻波段使用，由鎢化錫和氧化銦錫奈米柱結構取代為導電膜。對於鎢化錫薄膜我們改變濺鍍的時間和使用的濺鍍功率。氧化銦錫奈米柱結構則是使用e-gun改變厚度和製程參數，找到可使高穿透並且可接受片電阻之最佳化製程參數。我們也探討各種不同配向膜製作上最佳配向參數需要，以及對於紅外光與紫外光的使用上優劣比較。液晶雖已經使用80%以上穿透率的液晶，卻會受到紫外光的影響，造成元件性質被改變。對355nm波長脈衝光做元件光生命期的量測，可以找出在355nm波段使用下元件生命期和調變能力的改變與入射脈衝光的雷射光束尺寸以及單位面積紫外光源強度的關連性。

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氧化銦錫奈米柱狀結構應用於提升砷化鎵太陽能電池轉換效率

我們成功展示了一種氧化銦錫奈米柱狀結構作為具導電特性的抗反射層應用在砷化鎵太陽能電池上。這種氧化銦錫柱乃是利用通入氮氣調變的電子槍斜向蒸鍍法，具有全方位的抗反射特性涵蓋了平行極化波和水平極化波，有效收光角度可達70度，頻譜範圍包括300nm~900nm，都可使反射率低於6%。應用在砷化鎵太陽能電池上，相較於沒有製作抗反射層的太陽能電池元件，提升了28%的轉換效率。根據量測數值的計算結果，在窗戶層(window layer)吸收波段以上的波段，其所產生的光電流提升了將近42%。 本篇論文的第一部分在談論到這種氧化銦錫奈米柱狀的成長機制及材料特性。我們採用電子槍斜向蒸鍍法去進行氧化銦錫的蒸鍍，依照傳統氧化銦錫導電玻璃的製作方法皆是在蒸鍍的過程通入氧氣，但本實驗在這個地方進行了改變，我們藉由通入與氧化銦錫不易起反應的氮氣，達成以氣流調變成長方向的作用，成長出具方向性的奈米柱狀結構。根據TEM分析結果顯示，內部的核心具有較低的錫分子濃度，外部包覆層的結晶性不如核心的明顯。其成長方法為一種Catalyst-free VLS的成長機制，目前最長約為1μm。氧化銦錫本身為一透明的導電材料，而由於此種柱狀結構具有顯著的方向性，我們從實驗量測及RCWA模擬計算的方法來分析這種奈米柱狀薄膜，發現其具有優異的全波段的抗反射特性，並不太受入射面及極化方向的影響，可算是一種全方位的抗反射結構，這是由於其斜向奈米柱狀結構提供了一種漸變性的折射率分佈，將可減少入射光由界面折射係數差異導致反射率的下降。在第二部分中，我們將此種奈米柱狀結構成長於砷化鎵太陽能電池的表面做為一抗反層，並自元件表面的反射率、外部量子效應、元件轉換效率，來進行元件特性的分析，發現我們元件的磊晶層的窗戶層材料形成了一個限制的條件造成效率的限制，未來可以將技術應用在其他元件上，將可有更好的提升。

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直接偵測正交分頻多工多級格式I/Q全光升頻系統

我們提出了一個新穎的全光升頻直接偵測多級格式正交多頻分工系統。藉由外接調變器產生單邊帶載子壓制調變來產生全光升頻向量訊號，此架構不需要電的混波器及能升頻。為了產生60GHz的訊號，我們引進四倍頻的調變技術，並成功地在60GHz的免授權7GHz頻段產生28Gb/s 16-QAM OFDM訊號。在沒有任何色散補償的狀況下，經過一百公里的單模光纖傳輸，此訊號幾乎沒有損耗。 除此之外，我們還討論這個架構的不平衡效應，並針對這些問題提出補償方法來提升訊號品質。造成不平衡的因素包括:振幅不相符、角度不為直角以及兩路訊號不同步。用GSOP校正方法可以成功解決這些問題。 最後我們討論光的相位雜訊對訊號的影響。當我們的訊號傳輸量愈大時，光的相位雜訊會對訊號品質造成很大的影響。