中央大學光電科學研究所學位論文
國立中央大學,正常發行
選擇卷期
- 學位論文
本論文中，我們針對不同封裝條件之LED light bar，利用兩種不同的環境條件測試，潮溼高溫操作壽命測試以及熱循環測試，觀察LED light bar在接受測試後光學特性的變化，並進行其可靠度之討論與分析。此外，我們也提出利用混光的方式，使得LED light bar在降低成本的考量下，其在光輸出和色彩表現上，仍具有一定的水準。
- 學位論文
本研究中利用「金屬－多層介電質」電漿波導能同時維持電磁場之高侷限性與高模態雙折射之特性，設計一以方向性耦合器為基礎，可用於奈米光路之波導極化分離器，進而能於單一耦合長度內將不同極化之基模分離。本論文除詳述設計之步驟與方法外，同時推導可用於有損介質之耦合波模理論，以做為本研究之理論基礎。 因運算資源有限，故本研究僅對二維結構進行探討。最佳化設計之結構於操作波長為1550 nm時，TE模態與TM模態之傳輸效率分別可達-0.1443 dB與-0.3777 dB，極化分離區域結構之總長度僅7.28 ，分離比與消光比亦皆超過20 dB。於最佳化結構下，TE模態之傳輸效率對於波長之變化相當敏感，波長範圍1473 nm至1606 nm間可達-0.4575 dB以上。而TM模態之傳輸效率因表面電漿模態之激發，於波長範圍1000 nm至1800 nm間皆達-0.6545 dB以上。此外，TE模態與TM模態分離比與消光比於波長範圍1502 nm至1581 nm間皆可達15 dB以上。 本研究之理論基礎，為由Maxwell方程式開始，推導可用於有損介質之修正性Lorentz互易性定理，並以此為基礎發展可用於有損介質之耦合波模理論。將此理論用於分析「金屬－多層介電質」電漿波導之TE模態耦合特性，並與有限元素分析法之數值模擬結果比較，兩者所得之耦合長度與傳輸效率大小皆相當接近；以數值模擬之結果為基準，耦合長度相差0.9652%，傳輸效率相差0.1313%，顯示此理論分析具有相當程度之可靠性。 將本論文提出之波導極化分離器與文獻資料比較顯示，以非對稱「金屬－多層介電質」組態實現之方向性耦合極化分離器可有效地縮小元件之尺寸，為縮小積體光路提供一創新之想法。
- 學位論文
近來顯示器發展大尺寸螢幕、追求慧型手機般之輕薄短小外，也希望忠實呈現原始之色彩，因此色彩能否忠實呈現是顯示器品質之重大評價指標，此外多原色顯示亦是當前發展之驅勢，其可提供大於三原色顯示系統之色域。此論文以混色原理為基礎，提出適用於多原色加色系統之色域邊界理論, 其藉由在CIExyY色彩空間中之色域邊界頂點決定出色域邊界，因此在瞭解色域邊界上邊緣點之組成方式，即可直接獲得色域邊界上之邊緣點；而此理論僅需各原色和外來光之色座標及亮度，即可建立一個在外來光情況下之均勻色域邊界，此處之外來光包含裝置設備之漏光與環境光，而色域邊界之實驗與模擬的平均色差在CIELAB色彩空間中大約為1；此研究更進一步提出一種應用於顯示器、照明方面之亮度效能最佳化白點轉換的方法，以及一種白點轉換在相關色溫線上之概念以獲得更多亮度。 此理論方法不僅可用為一種標準計算色域邊界的方法，還可被應用在相關色彩研究上，其包含多原色顯示器色域體積之設計、多原色顯示器背光白點之設計、多原色照明系統之色溫設計、色彩分佈指標之分析、顯示器串擾現象之分析、及使用色貌模型之分析。
- 學位論文
體積布拉格光柵的應用於雷射系統中已經愈來愈廣泛，對於雷射的光學性質提升如單色性、空間模態有很大的改善，故對體積布拉格光柵的研究也變得更加重要，然而以往的研究皆多以平面波入射的情形討論，不符合實際雷射輸高斯分佈的情形，因此本論文以平面波展開法考慮實際的雷射輸出，高斯光束條件下入射體積布拉格全像光柵，探討體積布拉格全像光柵作為雷射共振腔反射鏡時的等效長度；並由模擬結果得到的結論中發現，等效長度是由體積布拉格光柵的實際厚度以及繞射效率所決定，然而對於體積布拉格光柵而言，不同波長入射時繞射效率皆不一樣，故不同波長對應的等效長度不同；因此以VBG作為雷射共振腔反射鏡時，VBG的等效長度必須納入共振腔長的計算，導致不同雷射波長甚至不同雷射縱模會有不同等效共振腔長度，共振腔滿足駐波條件的波長因而改變，造成縱模間距呈現出不等間距，不同於一般認知以介電質反射鏡作為雷射共振腔反射鏡時等模間距之分佈。
- 學位論文
近年來，由於固態光源技術不斷地演進，再加上封裝製程與螢光粉材料技術持續地發展並漸趨成熟，使得發光二極體(LED, Light emitting diode)的發光效率日漸提升，由2006年的50 lm/W提升至2009年約250 lm/W，已經具有取代甚至超越傳統光源的能力。另外，搭配發光二極體的配光曲線設計對應之二次光學元件，進而衍生出各式各樣的應用光源產品諸如車頭燈、醫療用手術燈、路燈以及腳踏車燈等等。然而，發光二極體的發光特性會隨著操作時間而改變，例如發光強度的衰減和發光顏色的飄移，原因來自於伴隨著電流驅動而在發光二極體晶片內產生的熱，因此如何評估發光二極體隨著不同電源驅動條件所伴隨的熱特性，並提出有效的熱管理解決方案，使其發光特性可以有效地被掌握，進而達到光電熱整合的目標，已經成為目前最為重要的研究課題之一。 在本論文中，同時探討發光二極體的輻射光譜、驅動電流和接面溫度三種物理特性，而建立出光電熱整合的輻射光譜模型。此輻射光譜模型可藉由驅動電流和接面溫度，明確地掌握發光二極體的發光特性，例如光通量、色度和色溫等等。另外，本論文提出一套回授控制方法，使發光二極體有效地被維持在期望的發光狀態，而不受到熱特性的影響。 首先，藉由積分球量測系統所量測的各色發光二極體之輻射光譜，我們建立一個適用各色發光二極體的輻射光譜模型。另一方面，我們利用順向偏壓法建立一套發光二極體接面溫度的量測系統，使接面溫度和驅動電流得以嵌入此輻射光譜模型，以建立適用各色發光二極體的光電熱整合輻射光譜模型，其可用以預測已知驅動電流和接面溫度的輻射光譜分布，進一步得知發光二極體的發光特性。 接著，除了建立適用各色發光二極體的光電熱整合輻射光譜模型，我們進一步研究如何穩定發光二極體的發光特性。利用主動式散熱模組和適當的驅動電流，我們提出一套穩定發光二極體之發光特性的回授控制方法。由實驗結果可知，這個回授控制方法能夠有效地調控並維持發光二極體的發光特性，包括光通量、色度。
- 學位論文
本論文主要探討發光二極體應用照明燈具上之光學效率及光學有效利用率之分析，並且於不同設計中考慮其他要求的光學品質之變化。首先，在探討準直光系統中，我們發現晶片尺寸以及二階光學機構大小對於光學效率及光學有效利用率有極大的影響。而具截止線之燈具中，發散角越小的區域攔截到的能量越多，法規面上強點與光學有效利用率將被提升。而散光形設計，雙反射式具微結構之設計不但可以得到柔和之光形且眩光值較低；而全反射式透鏡將有利於路燈這類需要大面積之照明，其可滿足北美法規之之均勻度要求。
- 學位論文
本論文主要是設計一組可視穿(See-through)瞳孔顯示器系統之光學鏡頭，為達到可視穿效果，本研究在設計時安置成像面在鏡頭焦點上，是為了使鏡頭在人眼2公尺處投影產生一虛像。此虛像經分光器與外界環境重合，投影在人眼視網膜上，但此虛像光學系統在優化過程中較不易控制，於是我們利用光線可逆原理，先設計一組鏡頭為物在無窮遠處、成像面放在鏡組焦點位置之光學成像系統，再反置此光學系統，可得到較好的光學品質。
- 學位論文
光子晶體為週期排列的人工結構，可以使得某些頻段的光無法在結構中傳 遞，而可進行一些光學元件上的設計與應用。光子晶體共振腔為一項重要的發 展領域，能應用在雷射與單光子光源發射器元件，其目標為製作出高Q質，及 小體積的結構。本研究使用一維光子晶體，模擬其中光學特性，再將其彎曲形 成環型光子晶體的共振腔。應用某些頻段的光不可傳遞的特性，可使得光可以 被侷限在共振腔中。本論文分別進行垂直方向與水平方向光侷限的結構探討， 並進行優化模擬，而達到高Q質的要求，使光不易散失出共振腔。 我們使用Comsol模擬軟體，其模擬結果在水平方向可達極佳的光侷限結 果，水平方向Q值最高可以達到5*10^8，在垂直方向幾乎沒有光漏出去，此共 振腔的直徑只有16.6μm，光波長為1.2μm。
- 學位論文
本研究在研發一新型影像式波導共振生物感測器。隨著科技的發展，人們越來越注重疾病的預防，也是生物感測器越來越蓬勃發展的主要原因。從早期的一維單點量測生物感測器慢慢演化至現在二維多點影像式生物感測器，中間的技術不斷的進步及突破。其中又以光學式的生物感測器較為容易達到影像式生物感測器的目標。本研究以波導共振生物感測器為基礎，加上極化對比技術和歸零原理技術設計出高對比度低雜訊的即時偵測影像式生物感測器，並且可針對不同的待測物來調整感測範圍。 波導共振元件本身具有濾波的性質，除了在特定的共振波長下使穿透元件之光的穿透率為零，也會使穿透光的相位產生變化。因此當光通過此元件時會有偏振態的改變，再配合了歸零原理利用偏振片架構來改變穿透元件之穿透光的偏振態達到歸零的效果。最後利用極化對比技術降低CCD成像雜訊。本研究其理想檢測極限為4.865×10-5 RIU，線性檢測區間為1.339 RIU至1.3342 RIU。實際檢測極限達到1.008×10-4 RIU，線性檢測區間為1.336 RIU至1.3340 RIU，此系統可量測折射率1.33至1.365的鹽水，並且可藉由調整GMR共振波長，配合不同折射率的待測物設計最佳檢測曲線。
- 學位論文
反射式圓盤型複合全像術是由本實驗室鄭益祥教授與謝易辰學長，在2004年發展出來，其物光架構加入毛玻璃擴展反射式圓盤型全像片的垂直視窗，其研究完成了展示單色物體影像給環繞四周的觀察著同時觀賞的反射式全像片。平面型母片有商業上可以大量生產的優點，本論文研究「平面型母片之反射式彩色圓盤型複合全像術」，我們將會介紹如何製作可環繞觀賞的反射式彩色全像片。 在論文中，我們先介紹各種製作反射式彩色全像片的方法。之後，我們選擇利用單支雷射去製作RGB三張母片。藉著改變物光與參考光系統的入射角度，觀察者在適當條件下，可以在設計的視窗接收到三張母片的繞射光影像資訊。 為了達到用全像術的方法製作出反射式彩色圓盤型複合全像術，我們介紹幾種方法去調整影像的放大率、成像面的位置、成像面位移量。