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    II-VI半導體量子點和微腔液滴之超快同調光譜研究
    (1996)
    謝文峰
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    HSIEH WEN-FENG
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    國立交通大學光電工程研究所
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    II-VI半導體量子點和微腔液滴之超快同調光譜研究
    (1997)
    謝文峰
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    交通大學光電工程研究所
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    中紅外脈衝光源與奈米材料之非線性研究
    (2016)
    謝文峰
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    國立交通大學光電工程學系（所）
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    中紅外脈衝光源與奈米材料之非線性研究
    (2015)
    謝文峰
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    國立交通大學光電工程學系（所）
    高功率、短脈衝、2 m波段之中紅外摻銩光纖雷射有許多應用，例如分子光譜、生 物醫學診斷、遙測及非線性光學等。而高功率中紅外超連續光譜亦可應用於仿黑體輻 射、化學感測、光學同調斷層掃描、與光學組織剝除等。因此，摻銩光纖雷射和相關的 光源產生技術是很重要且值得研究發展的。傳統上用在光纖雷射中的被動鎖模機制是半 導體飽和吸收反射鏡或非線性偏振演化。然而，可用於中紅外波長的半導體飽和吸收反 射鏡很少，不易取得，而採用非線性偏振演化架構的共振腔則較不穩定。石墨烯具有很 快的載子回復時間及很大的飽和吸收、超寬的飽和吸收範圍(從可見光至兆赫波範圍)， 且容易製備，因此廣泛被應用在雷射的被動鎖模上。氧化石墨烯則是石墨烯片的前驅 物，比石墨烯更容易製作，且亦擁有很快的熱載子回復時間及很大的飽和吸收，因而在 雷射鎖模應用上具有潛力。但是石墨烯與氧化石墨烯應用於摻銩光纖雷射鎖模上的研究 仍很少見；而這兩種奈米材料的色散和2 m波段的非線性光學係數資料亦很缺乏。因 此，相關的研究深具學術和應用價值。 一個封閉的迴路中串接重新整形及重新放大的組件後，將可形成自脈動光源，它提 供了一種產生超短脈衝的方法。自脈動光源有下列幾種特性：非週期性、幾乎和偏振無 關、帶寬大、以及脈衝平均重複率很容易調整等。若在自脈動光源中加入石墨烯或氧化 石墨烯飽和吸收體，將可觀察光源是否會在連續波、自脈動、鎖模、以及混沌等四種操 作狀態之間演化，進而研究其非線性動力學行為。自脈動光源提供了一些獨特的應用， 但是目前只有在1.55 m波長被研究，而在2 m的波長也是極具開發價值。 本研究團隊已具有超快光纖雷射研究、超連續光譜產生、石墨烯及氧化石墨烯飽和 吸收體製備以及奈米材料量測技術等經驗，在本三年計畫中，我們將從事下列五個研究 課題：一、利用不同層數的石墨稀獲得鎖模雷射脈衝，並且計算石墨稀之色散及對雷射 鎖模的機制；二、利用石墨烯及氧化石墨烯來產生穩定自啟動之短脈衝摻銩全光纖雷 射；三、架設一級放大系統並且使用Z軸掃描技術量測石墨烯與氧化石墨烯之非線性光 學特性；四、建立以石墨烯或氧化石墨烯為基礎之狀態可調2 m自脈動光源；五、建立 短脈衝摻銩全光纖之主振式功率放大器系統，並且利用此雷射注入非線性光纖中產生中 紅外線之超連續光譜。
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    中紅外脈衝光源與奈米材料之非線性研究
    (2014)
    謝文峰
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    國立交通大學光電工程學系（所）
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    以氧化鋅奈米結構達成室溫波思—愛恩斯坦凝結及高效能太陽能轉換
    (2012)
    謝文峰
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    HSIEH WEN-FENG
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    國立交通大學光電工程學系（所）
    在高經濟發展和全球暖化的兩難下，開發能提供高亮度低能耗或高太陽能轉換效率 的靳新光電元件和/或系統，是一件極為廹切的事情。雖然半導體雷射具有高電子-電洞復 合率(EHR)和輸出效率，但需操作在某個閾值電流上，這樣就不保証能節能。然而，擁有 共振腔LED，雖操作在閾值電流下，但因具有微共振腔增強電子-光子作用，增加了EHR 速率和修正輻射場形。假使將半導體材料或結構激發產生夠高的激子密度，使得激子之平 均間距已小於它們的波函數的範圍，則激子為一種准玻色子，因為重疊而無法分辨彼此， 因此將可能一起處於最低能態。這個狀態稱為激子玻思-愛恩斯坦凝聚(BEC)。其結果是只 要有任一個激子復合，就會觸發所有的凝結激子同時復合發出相同頻率、極化、和方向的 光。這個像雷射般的同調輻射具有高內部和取出效率，即相當小的能耗；最近已在19K 下的CdTe 微腔結構，經低於雷射50 倍閾值下光泵浦被實現。另外，Gratzel 提出染敏電 池(DSCs)結構可將光吸收的染料和作為電極的半導材料（TiO2)界面，所產生的電子電洞 對，在它們復合之前快速分離，以製成高效率太陽能電池。 類似GaN 和TiO2(for DSCs with h =11%)，氧化鋅是一種綠色或對環境無害的寬能隙 半導體(bandgap ~ 3.37 eV) 具有很大的激子束縛能(~60 meV)，遠大於室溫(RT)熱能的26 meV；因此，室溫下最主要為激子放光。另外，由於ZnO 具高Mott 密度(3.7 x 1019 cm-3) 和 大Rabi splitting 約120 meV，理論上已証實在ZnO 微腔中無法觀察到Rabi 振盪，相反地， 它反倒是觀察Polariton BEC 的最佳選擇。另一方面，ZnO 具高電子遷移率約155 cm2/Vs， 比TiO2 還大許多，使得ZnO 極有可能取代TiO2 作為DSC 的電極。目前，我們已利用ZnO 奈米結構將DSC 推展至紀錄的h > 5.0%。以我們過去在成長高晶體品質的ZnO 奈米結 構、磊晶薄膜、和ZnO/MgZnO 多重量子井結構的能力，我們預期有能力利用ZnO 微共 振腔結構實現室溫polariton BEC。實現室溫polariton BEC 不但是物理學研究上的重要基 礎課題，也包含其它非線性物理課題，如超流現象、渦流、糾纏極化子態、和渾沌約瑟遜 振盪應用於高達50Gb/s 之渾沌通訊。如達成本計畫預期將可帶動低耗能LED 躍進式的 技術開發能量。同時，如能將ZnO 奈米結構的DSC 效率提奸升至10%，就可商品化； 如此將對近年來每年成長25%至30%的能源產值的太陽能光電產業作出貢獻。
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    光電奈米材料與結構中激子之控制
    (2007)
    謝文峰
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    國立交通大學光電工程學系(所)
    現代光子學研究的核心問題之ㄧ是控制光子與物質的交互作用。在過去十年間，為 了改進功能性量子光電子元件，電子狀態密度和局部的光子狀態密度(LDOS)的提升，已 經被利用來提高電子與光子之交互作用。尤其是將量子點 (QDs) 嵌入光子晶體 (photonic crystal, PhCs)，提升LDOS 來增強電子 ─光子交互作用，以便作為單光子 源；相反地，在一個減少的LDOS 環境裡，降低電子 ─光子交互作用也是可能的。PhC 是一種週期性交替折射率的結構，因為有可控制且很高的LDOS，是一個接近理想的實驗 平臺來研究增強與抑制電子 ─光子交互作用。相較於量子點在一個均ㄧ的媒介中，光 子晶體的能帶結構的 LDOS 可以調製嵌入的量子點電子 ─光子交互作用。 氧化鋅(ZnO)是屬於寬能隙的Ⅱ-Ⅵ半導體，室溫時它的能隙約為3.37eV;而且具有 相當大的激子束縛能(60meV，優於GaN 的25 meV)，因此在室溫下氧化鋅的螢光幾乎是 由激子所決定。另外ZnO 還有對高能量輻射忍受和穩定性及易濕化學法蝕刻，適合於太 空上之應用及可製作成小尺寸元件。而ZnO 奈米結構近年來已被應用在生物醫學、太陽 能電池、發光元件及光觸媒等領域。因此氧化鋅奈米結構是極佳的材料用來開發單光子 源、極化子雷射、太陽能轉換、和生醫感測等。 因為在ZnO 中有大激子束縛能和強電子-聲子藕合之優點，本三年計劃將逐一購置 單光子源偵測系統、叢集電腦(含第一原理計算軟體)和原子層沉積系統，用以完成單光 子源系統的建立、ZnO 量子點的理論計算及PhC 的成長來研究單光子發光和高溫凝態 Bose-Einstein Condensate；研究CuO 和Cu2O 之carrier multiplication 之行為，來 探討以ZnO(intrinsic n-type)奈米柱和CuO/Cu2O(intrinsic p-type)量子點製成全固 態太陽能電池之可行性，並研究其載子轉換之動態機制;以及ZnO 奈米材料與DNA 之表 面鍵結形成之表面態能階導致之發光機制。瞭解氧化鋅量子點UV PL 的發光機制及量子 點崁入光子晶體的動力學行之基礎科學研究對發展及未來應用在光電產業上。
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    光電奈米材料與結構中激子之控制
    (2008)
    謝文峰
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    國立交通大學光電工程學系(所)
    現代光子學研究的核心問題之ㄧ是控制光子與物質的交互作用。在過去十年間，為 了改進功能性量子光電子元件，電子狀態密度和局部的光子狀態密度(LDOS)的提升，已 經被利用來提高電子與光子之交互作用。尤其是將量子點 (QDs) 嵌入光子晶體 (photonic crystal, PhCs)，提升LDOS 來增強電子 ─光子交互作用，以便作為單光子 源；相反地，在一個減少的LDOS 環境裡，降低電子 ─光子交互作用也是可能的。PhC 是一種週期性交替折射率的結構，因為有可控制且很高的LDOS，是一個接近理想的實驗 平臺來研究增強與抑制電子 ─光子交互作用。相較於量子點在一個均ㄧ的媒介中，光 子晶體的能帶結構的 LDOS 可以調制嵌入的量子點電子 ─光子交互作用。 氧化鋅(ZnO)是屬於寬能隙的Ⅱ-Ⅵ半導體，室溫時它的能隙約為3.37eV;而且具有 相當大的激子束縛能(60meV，優於GaN 的25 meV)，因此在室溫下氧化鋅的螢光幾乎是 由激子所決定。另外ZnO 還有對高能量輻射忍受和穩定性及易濕化學法蝕刻，適合於太 空上之應用及可製作成小尺寸元件。而ZnO 奈米結構近年來已被應用在生物醫學、太陽 能電池、發光元件及光觸媒等領域。因此氧化鋅奈米結構是極佳的材料用來開發單光子 源、極化子雷射、太陽能轉換、和生醫感測等。 因為在ZnO 中有大激子束縛能和強電子-聲子藕合之優點，本三年計劃將逐一購置 單光子源偵測系統、叢集電腦(含第一原理計算軟體)和原子層沉積系統，用以完成單光 子源系統的建立、ZnO 量子點的理論計算及PhC 的成長來研究單光子發光和高溫凝態 Bose-Einstein Condensate；研究CuO 和Cu2O 之carrier multiplication 之行為，來 探討以ZnO(intrinsic n-type)奈米柱和CuO/Cu2O(intrinsic p-type)量子點製成全固 態太陽能電池之可行性，並研究其載子轉換之動態機制;以及ZnO 奈米材料與DNA 之表 面鍵結形成之表面態能階導致之發光機制。了解氧化鋅量子點UV PL 的發光機制及量子 點崁入光子晶體的動力學行之基礎科學研究對發展及未來應用在光電產業上。
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    光電奈米材料與結構中激子之控制
    (2009)
    謝文峰
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    國立交通大學光電工程學系(所)
    現代光子學研究的核心問題之ㄧ是控制光子與物質的交互作用。在過去十年間，為 了改進功能性量子光電子元件，電子狀態密度和局部的光子狀態密度(LDOS)的提升，已 經被利用來提高電子與光子之交互作用。尤其是將量子點 (QDs) 嵌入光子晶體 (photonic crystal, PhCs)，提升LDOS 來增強電子 ─光子交互作用，以便作為單光子 源；相反地，在一個減少的LDOS 環境裡，降低電子 ─光子交互作用也是可能的。PhC 是一種週期性交替折射率的結構，因為有可控制且很高的LDOS，是一個接近理想的實驗 平臺來研究增強與抑制電子 ─光子交互作用。相較於量子點在一個均ㄧ的媒介中，光 子晶體的能帶結構的 LDOS 可以調制嵌入的量子點電子 ─光子交互作用。 氧化鋅(ZnO)是屬於寬能隙的Ⅱ-Ⅵ半導體，室溫時它的能隙約為3.37eV;而且具有 相當大的激子束縛能(60meV，優於GaN 的25 meV)，因此在室溫下氧化鋅的螢光幾乎是 由激子所決定。另外ZnO 還有對高能量輻射忍受和穩定性及易濕化學法蝕刻，適合於太 空上之應用及可製作成小尺寸元件。而ZnO 奈米結構近年來已被應用在生物醫學、太陽 能電池、發光元件及光觸媒等領域。因此氧化鋅奈米結構是極佳的材料用來開發單光子 源、極化子雷射、太陽能轉換、和生醫感測等。 因為在ZnO 中有大激子束縛能和強電子-聲子藕合之優點，本三年計劃將逐一購置 單光子源偵測系統、叢集電腦(含第一原理計算軟體)和原子層沉積系統，用以完成單光 子源系統的建立、ZnO 量子點的理論計算及PhC 的成長來研究單光子發光和高溫凝態 Bose-Einstein Condensate；研究CuO 和Cu2O 之carrier multiplication 之行為，來 探討以ZnO(intrinsic n-type)奈米柱和CuO/Cu2O(intrinsic p-type)量子點製成全固 態太陽能電池之可行性，並研究其載子轉換之動態機制;以及ZnO 奈米材料與DNA 之表 面鍵結形成之表面態能階導致之發光機制。了解氧化鋅量子點UV PL 的發光機制及量子 點崁入光子晶體的動力學行之基礎科學研究對發展及未來應用在光電產業上。
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    克爾效應鎖模雷射之非線性動力學研究
    (1999)
    謝文峰
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    HSIEH WEN-FENG
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    交通大學光電工程研究所
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    克爾透鏡鎖模雷射之非線性動力學研究
    (1998)
    謝文峰
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    交通大學光電工程研究所
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    凝體物理研究發展及推動小組
    (1999)
    謝文峰
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    交通大學光電工程研究所
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    奈米光電材料與光子晶體基礎研究(I)
    (2004)
    謝文峰
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    交通大學光電工程研究所
    光電子系統中的核心光學功能性，一般而言都是利用相當微弱的光與物質間之交互作用，如各 種線性與非線性之光吸收、折射及散射效應。光電材料中之光子-光子與光子-電子交互作用遠小於 電子-電子和電子-離子間之交互作用，所以光電元件的尺寸通常需要遠大於電子元件，以達到足夠 的光電功能性。因此想要像積體電路一樣，簡單地尺寸縮小(scaling)積體化光子系統，在理論上有 很大的問題。到現代的電子元件充分地應用電子的 Bloch waves 增強它們之間的交互作用，來將電 子元件縮小至奈米級。光子的Bloch waves 也存在於光子系統中，利用光子和電子兩者的Bloch waves 之相干性和偶合之優勢，特別是一些光子與電子侷限的結構；簡單地尺寸縮小顯示侷限的電 子Bloch wave 約在幾個埃之數量級，而侷限的光子Bloch wave 在數百埃之數量級。最近我們更發 現在光子晶體波導中，可能將光子侷限到小於五分之一波長範圍內。藉著適當的元件結構增強光子- 電子的交互作用似乎是一蹴可及之事。因此在這三年計畫中，我們計畫設計和建造一些新穎的光學 功能性到光子結構中，結合我們過去在光電材料與雷射技術的成果與最近在光子晶體方面之相關研 究經驗，進一步發展利用新穎結構操控即時光子-電子交互作用力，以便控制量子演化態(quantum evolving states)。當這些技術開發成熟後，各式各樣的應用如介質中光傳輸之控制、可控制的材 料相變、甚至量子計算等都變得可達成的目標。
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    奈米光電材料與光子晶體基礎研究(II)
    (2005)
    謝文峰
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    交通大學光電工程研究所
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    奈米光電材料與光子晶體基礎研究(III)
    (2006)
    謝文峰
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    交通大學光電工程研究所
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    新型光電材料與光子晶體之光電物理性質研究
    (2000)
    謝文峰
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    交通大學光電工程研究所
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    新型光電材料與光子晶體之光電物理性質研究
    (2000)
    謝文峰
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    HSIEH WEN-FENG
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    國立交通大學光電工程研究所