中央大學光電科學研究所學位論文
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近年來，由於材料及製造技術的進步，使得發光二極體(LED)的亮度及發光顏色逐漸增加並應用於照明上，由於LED的光譜分佈比較狹窄，可以利用多顆不同半波寬的LED來組合出想要的光源。本文使用少數顆LED加上一片固定穿透率的光學濾光片，發展出可調式自然光光源，在此光源可以模擬出符合CIE所制定的標準日光，可調整的色溫範圍為4,000K到10,000K，並且在常見色溫5,000K, 6,500, 以及7,500K擁有很好的演色性(CRI≧97)。 對於使用LED組合出光譜可調式光源的應用，本研究將其利用在新發明之可變色溫可變色度儀上。利用光譜可調式光源在光譜可變化的特性，加上一組光功率計，即可用來測量各種光源照明下物體的色度值，其量測誤差方均根值約在千分之三以內，色度值精確度可達光譜式色度儀。
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顯示器之色彩表現，是代表一家顯示器廠商技術的重要指標，但 若實際觀察同一條生產線所製造出來的顯示器，因材料、製程、光源等之間的細微差異，導致呈現出來的色彩無法完美匹配，因此顯示器在出廠之前勢必得再做一次校正，由於此時投影機已完全成型，所以調校的工作主要著重在訊號電路區塊。本研究分別建立了LCD電視與前投影顯示器專用的自動量測平台，用來分析顯示器的原始特性，包含Gamma曲線、各種色度單位、色溫等等。同時提出一套演算法，用來計算出上傳至Gamma LUT的數值資料，再加上與顯示器Gamma LUT連接的傳輸介面，完成可以任意設定目標Gamma曲線與色溫點的色彩調校。 根據色彩學混色原理，調校顯示器色溫點必須要犧牲掉部分的亮度，這不是我們所樂見的，因為亮度往往會直接影響到顯示器的價格。本論文就顯示器色溫點位置的選擇，結合色域空間變化與相關色溫的理論，發展出同時兼顧色溫與亮度的演算法，並透過實驗證實在色溫調校準確度不減的情況下，可以增加13.39％的亮度(以LCD投影機為實驗樣本)。 針對不同國家、種族人眼去尋找最適合的色彩表現，是色彩心理學的問題；但如何把預期的色彩完美地呈現在顯示器上，則是我們在工程上需努力的目標。本研究以三種色彩形成方式不同的主流顯示器做為實驗樣本，探討對它們做Gamma曲線與色溫調校的實驗結果並比較其差異性。另外分析由不同因素造成暗場色彩飽和度不足的問題，並深入討論此現象對顯示器色溫的影響。
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雷射干涉術已經發展成一項重要的量測工具，從微小角度、微小位移、絕對距離、表面輪廓、到生化上的光學活性等，皆廣泛地使用雷射干涉技術。在各種的干涉術中，外差干涉術是一種極為重要且廣泛使用的技術。它具有快速反應、易與其它技術結合及量測精確度高的優點。在本論文中，我們將對外差干涉術的基本原理、電光晶體的移頻方式、全反射臨界角基本原理與外差干涉儀的基本架構做說明。最後，並使用外差干涉術量折射率時所產生誤差來源做討論與分析。 本文提出一個以共光程多次全反射外差干涉術，組成一個具有高解析度之折射率量測系統，可應用於如一般均勻液體濃度、藥劑性質、生物醫學…..等方面的量測，其折射率解析度可以到達 。
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摘要 很高品質的鈮酸鋰薄膜以高頻磁控濺鍍法被沉積在矽及石英基板上可作為聲表面波及光波導的應用。我們探討過表面形態、紋理、結晶性、膜厚、折射率、消光係數等特性和濺鍍參數及退火過程之依存關係。我們由熱差分析儀測量最佳的濺鍍溫度。利用x光及低撂角x光繞射儀測試薄膜的結晶性。利用原子力顯微鏡測試薄膜表面的粗糙度。借助於原子力顯微鏡和x光繞射量測，以探討鈮酸鋰表面形態和結晶特性變化之機制。透過本研究發現最佳的濺鍍溫度約為575℃，最佳的氣體流量比Ar/O2 為1：1。同時發現較合適的RF濺鍍功率為100W。由橢圓儀量測鈮酸鋰薄膜之膜厚、折射率、消光係數，發現薄膜之折射率為2.2(波長為632.8奈米)它與發表的折射率值符合。同時我們量測到薄膜之消光係數約為零，這代表本研究沉積的薄膜適合作為光波導。
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本研究發展以光阻熔融、粗糙化表面和結構翻模轉印的製程，製造表面輪廓連續起伏之光柵 (Fabrication of grating with continuous profile)。表面輪廓連續起伏之光柵的製作主要是將光阻旋轉塗布置粗糙化表面上，根據Wenzel和Cassie的理論，光阻依據結構作出最小能量的分佈，再利用加熱熔融使得光阻表面輪廓趨於連續球面分佈，最後再將製作好的光阻表面輪廓翻模轉印至矽膠 (Silicon Rubber)上。本研究建立出依據粗糙化表面的深寬比，與熔融後的光阻表面輪廓之曲率半徑的關係圖，作為日後製作不同參數之光柵的依據。在本研究中，量測表面輪廓連續起伏之光柵與二元式光柵的繞射效率，並且相互比較，實驗結果如理論預測一樣，表面輪廓連續起伏之光柵有較好的繞射分光效果。在此總結，本研究提出一種製造表面輪廓連續起伏之光柵的製程方法，其繞射分光效果比傳統的二元式光柵高。
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論文摘要： 本論文主要在發展一套量測物體表面微小高度變化的監測系統。藉由光學量測的優勢，本系統擁有非接觸、非破壞、操作簡便、檢測快速、設備成本低廉等多項的優點。 量測系統利用了光學疊紋(Moiré)的干涉技術，以一套自己撰寫的MATLAB計算程式，自動化判斷疊纹條纹的位置並紀錄條紋變化的週期量，計算出待測物表面任一位置的地形高度與其高度位移量。系統將拍攝的疊紋影片匯入這套高度位移計算程式以後，程式首先利用數位灰階的極值準確定出條紋所在位置，再針對固定分析點紀錄該點條紋變化的情形，最後使用數位內插法細切條紋間的間距增加量測解析度；以上三個步驟成功地使得表面高度的計算過程得以自動化程式處理，減少疊紋量測的操作複雜度，完成一套量測快速並且能隨著時間紀錄高度變化的表面監測系統。系統也利用精密的干涉測距儀與函數產生器，對量測結果做一個完整的校正，將位移量測的精準度控制在十微米以內，頻率量測的精準度也達到小數點兩位赫玆以下。 系統進一步運用疊紋特有的全場性量測的特性，將單一點的監測推展到整個表面，可以檢測出待測物表面的地形輪廓以及高度位移量隨著時間變化的三維圖形。結合前段所述的單點位移檢測程式，使本系統能對物體表面做更有效率的監控與檢測。 本文第二部分則是將此疊紋監測系統應用在中醫的脈診上，依照中醫師把脈的步驟，以本系統的表面量測能力來輔助中醫師指尖的觸診，對手腕內側寸、關、尺三脈的位置(中醫把脈位置)做脈搏跳動的量測與紀錄。系統可以量測出皮膚表面因脈搏跳動而振動的波形並且計算出其振幅與頻率，量測結果與另一驗證過的雷射三角測脈儀比較相當一致，證明了本系統在脈搏的量測上確實可行。 最後，將系統量測與中醫脈診理論結合，以本系統對待測者不同生理狀況的做了一個簡易的把脈實驗，量測出其脈象確實有明顯的改變，符合中依古書的說法，成功地完成了中醫把脈的數據化，並證實了本系統在結合中醫理論以後，確實能對身體臟器的運行狀況做一個基本的脈象診斷，也將系統升級成一套非接觸式、快速診斷身體狀況的醫療輔助系統。
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相移精度於相移干涉術之量測，是最可代表樣品資料之可靠度。對利用相移干涉術來量測樣品之干涉儀而言，不準確之相移會在計算物體相位上產生誤差。本系統之相位移動器係由三個壓電致動器所構成，因為壓電致動器本身之差異與結構上受到不同應力之影響，在移動的過程中會產生移動不均的問題，意即在推進過程中改變參考面之法線向量，最直接的觀察方式為推動一週期後比較前後之干涉圖，干涉條紋有旋轉與間隔改變之現象，此現象亦反應在相位移之標準差。 針對此問題之解決方式，本論文提出一種校正相位移動器的方式，從理論推導出壓電致動器位移與條紋斜率之關係，從此關係中找出一特殊情況來校正，此方式利用條紋之變化來對壓電致動器之差異進行個別調校，從比對第一張與最後一張影像之差異變化，可發現利用此方法所得到之權重比例，的確改善了移動不均之現象。
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摘要 本研究主要在探討如何利用二維光子晶體提升氮化鎵二極體發光效率。論文中描述提升發光效率機制有二個：一為利用表面週期性結構造成布拉格散射，以減少全內反射情形發生；第二個則是利用光子晶體能隙將傳導模態導引出來，以提升外部量子效率。除此之外，當製作光子晶體時對材料的破壞會造成實際發光面積減少與非輻射複合效應增加。將此兩項效應對總發光效率的影響作討論，以及分析利用共振腔結構提升自發性輻射機率對總發光效率之影響。從上述分析結果建立一套簡易模擬模型描述光子晶體發光二極體之發光效率性質。
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本文研製一新型光學生物感測器：導模共振(guided mode resonance, GMR)光學生物感測器。本元件利用半導體技術，製作一次波長光柵結構，並利用其產生的窄帶高反射率之效果，及其光柵表面區域之高敏感度，應用於共種生化反應，本元件具有以下優點：免標定、微小化、可高產量、即時偵測、易與其它半導體元件接合之優點。 本研究已將GMR元件組裝至流體系統內，形成GMR流體晶片。除了方便將整個生化實驗於晶片內進行外，所使用到的檢體量也相對的減少，並發展出一套即時檢測平台，縮短了檢測所需時間。目前於晶片本身已能檢測出折射率變化量小於0.001，且偵側去氧核醣核酸之雜交行為，除了可即時觀察出有無雜交反應外，其有無雜交差異量更達9倍之多。對於胜肽合成，能成功偵測出每段長度約0.3nm之胺基酸接合反應及其反應之分子動力學行為。
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摘要 本篇論文利用多次陽極處理及移除氧化鋁步驟在鋁箔及鋁薄膜上製造出高規則性陽極氧化鋁膜(anodic aluminium oxide, AAO)，在柔軟的鋁箔上，AAO模板製作的光學元件可能被損壞，所以鋁箔基板上不適宜元件製作，無法達到很好的利用。嘗試將鋁箔式規則陽極氧化鋁實驗方式應用於玻璃基板鋁膜上的AAO成長，玻璃上的鋁膜鍍製方式可分為電子槍蒸鍍、磁控濺鍍以及多股鎢絲蒸鍍三種方式。在膜厚較薄的鋁膜，表面粗糙度會影響初期的孔洞形成，且陽極處理的時間不足會使得孔洞的穩定成長無法達成，因此選擇表面粗糙度較佳的磁控濺鍍以及多股鎢絲蒸鍍兩種鍍膜方式，鍍製膜厚較厚的鋁膜。最後得到的厚鋁膜，其陽極處理時間可被延長，以達到孔洞的穩定成長，經過多次陽極處理及移除氧化鋁步驟，孔洞規則度可大為改善。 移除時間的控制對於AAO表面孔洞規則度有很大影響，移除時間要控制在剛好把前一層氧化鋁完全移除，使得前一層阻障層會在鋁基板表面留下半圓形凹槽，此凹槽是孔洞自我組織可調整到的最規則位置，凹槽除了可使下一次陽極處理時能有好的初始表面以利電場分布，也使得製造出的陽極氧化鋁膜，從膜層表面到底部都能達到一致的規則性 利用此電化學方式可在玻璃基板上獲得大面積、製程便宜的高規則度AAO模板。此製程AAO孔洞直徑可調範圍30 ~ 100 nm。此AAO模板製程可被應用來製作奈米尺寸的孔洞、管材和線材之陣列，以形成二維光子晶體之結構，或以AAO為基板，利用自我複製法(autocloning)製作三維光子晶體結構。