上，也有相關研究是用在染料雷射上，圖 4-1（1）是 Rhodamine 6G 型染料的其中一種的化學鍵結結構，一般來說，其吸收波長約在 488nm 到 580nm 左右，放光則是大於 500nm。
II. Qdot 605
Quantum dot 染料是近幾年相當熱門的染料，由美國 Quantum Dot Corp. 公司生產，是創新的奈米科技，具有光譜的專一性，而且不會
4-2 實驗結果
我們列舉幾個樣品藉由掃描機制 FV-300 所得到的影像來做討 論，首先，我們將討論螢光樣品的實驗結果，我們將螢光染料滴在面 紙纖維上，在半導體的樣品製作方面，我們將半導體與金屬鍍在玻璃 上，厚度約幾百個奈米，雷射光源經由物鏡聚焦，產生我們所需要的 光訊號，經由偵測器接收之後，連結至鎖相放大器，濾除不需要的訊 號，擷取訊號之後由電腦呈現所掃描的影像，以下便是我們的影像圖 示。
4-2-1 螢光染料樣品
本實驗方式先要找到兩個脈衝的重疊點，簡單地利用示波器以及 光電倍增管接收光源，將訊號線連接至示波器的輸入端，此時要將掃 描機制設定電腦控制使得其雷射光束不進行 X-Y 平面的大範圍掃瞄 動作，而呈現一點，再調動探測光光路上的平移台，由於兩個脈衝個 別會在示波器螢幕上顯示電流訊號，而當我們的脈衝重疊時，其訊號 的振幅達最大，此時便可以確定重疊點，記住平移台上的刻度；接著，
開始我們的實驗，利用平移台移動刻度，以找到的重疊點為原點，每 圖 4-1 Rhodamine 6G
（1）
（2）
（3）
一個刻度是 0.01mm，移動一格就進行掃描影像的動作，紀錄每一點 的圖像：
此圖是利用 Q-dot 605 的螢光，使用波長 390nm 的雷射激發，擷取探 圖 4-2 實驗影像（一）
（1） （2） （3）
（4） （5） （6）
（7） （8） （9）
（10） （11） （12）
測光的圖像，光電倍增管 PMT 電壓 200 伏特，雷射光源在樣品上約 強度進行數據分析，Olympus 公司 FV300 掃描機制的軟體可分析光強 度，得到對比的光強，如圖 4-2 中，有強度色標，紅色代表最強，藍
此實驗是利用波長 800nm 的脈衝雷射，利用光偵測器來接收光源，外 部掃描速度設定為 300Hz，雷射光聚焦在樣品上的功率為 100mW，此 樣品 GaAs 鍍在玻璃上，影像黑色的部份則是金屬。
圖 4-4 實驗影像圖（二）
圖 4-6 顯示的是我們的 GaAs 樣品於光學顯微鏡下的圖像，分別 由反射式影像、差分干涉影像以及極化顯微鏡的影像。
4-3 結果與討論
我們將以上的兩種樣品所擷取到的圖像，也就是每移動一格平移 台上的刻度，就擷取一張圖像，每個時間點就是 67fs 的間隔，再利 用軟體分析將圖中區域性的光強度隨時間增加與減少，由 Origin 運 算軟體將每個時間點串連，還原出時間延遲曲線。
將上面兩個實驗的結果比對，我們發現此曲線與雷射脈衝的寬度 圖 4-6 GaAs 樣 品在光學顯微 鏡下
圖 4-5 GaAs 數據分析圖
相似，計算半高寬（FWHM）可得第一張圖約 200fs 左右的寬度，第二
導體元件，藉此實現我們希望能再掃描顯微鏡下，獲得時間解析 的影像。
第五章 結論與未來之展望
經由多次的實驗，且嘗試不同的樣品，修改實驗架構，目前此顯 微儀已經完成初步的系統架設，將實驗圖像利用軟體分析，獲得的實 驗結果看來，已有激發探測實驗的初步雛型，即自相關量測雷射脈衝 的曲線，研判其原因可能是激發探測現象的訊號與自相關訊號相比較 為微弱，所以必須在對實驗架構做些許的修改，而未來的實驗都會以 此架構來完成，有鑒於生命週期影像是目前生物醫學領域的熱門研究 項目，所以如何以最簡單與最低成本的方式在現有的儀器材料上達成 獲得影像的目的，此為我們實驗的宗旨，且可藉由穿透率的量測，發 現材料的光電特性，以及載子之間的動力學，了解半導體的物性，皆 可藉由我們的實驗架設來完成，我們也已經成功的驗證在掃描顯微鏡 的系統下，可以結合激發探測的技術，完成自相關儀的效果，顯示已 經 在 這 方 面 的 實 驗 架 設 開 啟 了 新 的 方 向 ， 未 來 也 可 結 合 TCSPC
（Time-correlated Single Photon Counting）技術，可以達成時間 解 析 的 生 命 週 期 影 像 顯 微 鏡 （ Time-resulted Lifetime Imaging Microscope）。
參考資料
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[10]此樣品為國立台灣大學光電工程研究所超快光電研究室提供，特
此誌謝。
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附錄
（Active Mode-lock）與被動式鎖模（Passive Mode-lock）。[1]
A-1-1 主動式鎖模
被動式鎖模雷射是利用飽和吸收體（Saturation Absorber）做 為脈衝的形成元件，飽和吸收體是因為具有非線性的吸收特性，他對 輸出可調波長可從 680nm 到 1050nm；（2）高飽和能量強渡（Saturation Fluence≅0.75J cm）；（3）高量子效率；（4）高損壞瓶頸。由於它的 激發態鬆弛時間（3.2us）遠大於環腔週期（round trip time），增 益無法飽和，故不能與慢速飽和吸收體搭配構成淨增益窗口形成脈 衝，快速飽和吸收體中染料飽和吸收體因有使用期限及穩定性差的壞
處，現在已經比較少使用，目前採用有的全光學調制的等效飽和吸收 體與半導體式飽和吸收體，等效飽和吸收體鎖模雷射如 Kerr 透鏡式 鎖模（KLM，Kerr Lens Mode Locking）其利用之非線性效應與入射 光的波長無關，等效吸收截面積不隨波長而變，所以可以有效利用增
A-2 升頻 Upconversion
一般來說，為了要在螢光偵測得到較高的時間解析度，都是利 由 Coherent 公司生產的倍頻半導體激發固態雷射(Diode pump solid state laser 簡稱 DPSSL)，Verdi。第二部份是超快光源，同樣使用 由 Coherent 公司生產的 Mira 900 鈦藍寶石雷射﹙Ti︰sapphire Laser﹚，藉由此兩種雷射的搭配以產生超短脈衝的雷射光束。
B-1 激發雷射
我們所使用的雷射 Verdi[2]，是由一個波長 807.5nm 的半導體 雷射陣列激發超快雷射晶體 Neodymium Vanadate﹙Nd︰YVO4﹚，產生
波長為 1064nm 的近紅外光雷射，再經過 LBO 倍頻晶體，倍頻為波長 532 的綠光雷射。其輸出功率最高為 10W，光點大小為 2.25mm。內部 構造如下圖 b-1 所示。
B-2 超短脈衝雷射
我們使用 Verdi-10V 做為鎖模超快雷射的激發光源，藉由此光源來 激發鎖模鈦藍寶石雷射(Mira-900F, Coherent)[3]，而所激發出的 雷射光束為一個超短雷射脈衝，其脈衝寬度約為 150fs，雷射中心波 長可調範圍為 710nm∼1000nm 之間如圖 a2-1 所示。但由於實際波長 的可調範圍侷限於雷射共振腔內的鏡片組，使得雷射實際可調範圍 約在 720nm∼920nm 之間。其雷射內部共振腔的結構如圖 b-2 所示。
圖 b-1 Verdi 內部構造圖
此脈衝雷射的重複頻率為 76MHZ，所謂的重複頻率是指單位時間的脈 衝數目。
一般鎖模的方法分為主動式鎖模(Active mode-locking)以及被 動式鎖模(Passive mode-locking)兩種。而我們所使用的鈦藍寶石超 短脈衝雷射為使用被動式克爾透鏡鎖模(Kerr lens mode-locking) 的方式，此技術是近幾年所新開發出來的，它是利用材料非線性克爾 效應來產生自聚焦的效果，在以針孔保留中間較強的部份，去除周圍 弱光的部份，因而達到波型整形的作用，便可產生超短脈衝雷射。
圖 b-3 Mira900 鈦藍寶石雷射激發原理 圖 b-2 verdi 激發 mira 900
所謂的克爾效應，指的是介質的折射率隨光強度而作非線性的改 變，如下式所示
0 2
n = n + n I
其中 I 是光的強度，
n
0是無入射光時的折射率，n
2為非線性係數。由 上式可知，光的強度愈強時，所產生的折射率也會變高，所以雷射光 束強度為高斯分佈時，則光束將會往中心集中，此種效應稱之為自我 聚焦。當激發光源 Verdi-10V 使用平均功率 8W 作為激發光時，此時的鎖模 鈦藍寶石雷射所產生的脈衝雷射其平均功率約為 780mW，再經由光學 量測系統的衰減之後，在物鏡處所量測到的平均光功率為 30mW，換 算之後每個雷射脈衝的瞬間功率約為 0.39nJ/puls 左右，若脈衝寬度 為 150fs，則瞬間功率可高達 2.631KW，如此高能量的脈衝能量再經 由透鏡聚焦之後，不但足夠產生非線性效應，還要小心樣品和光學元 件被雷射光束破壞。
C. 電子偵測系統
經由反射後得到的二倍頻訊號已經非常微弱，因此我們除了使用 光電倍增管來偵測並放大訊號外，還要利用鎖相放大器 Lock-in amplifier 濾除雜訊，才能達到較高的訊號-雜訊比，獲得高品質的 影像。
C-1 鎖相放大器
我們所使用的是 Stanford Research system[4]所生產，型號為 SR-830 的鎖相放大器，如圖 c-1 所示。首先解釋一下鎖相放
鎖相放大器主要是用來量測和偵測微弱的 AC 訊號，可以小到10−9volts 當訊號雜訊比不明顯甚至達千倍時，也可以利用鎖相放大器精準的測
圖 c-1 SR-830 鎖相放大器
量出來；鎖相放大器所使用是一個叫相位靈敏偵測（phase-sensitive detection）技術，可以在接收訊號之後，在其中辨別出具有參考頻 率與相位的特定部份，而使其他不是參考頻率與相位的部份不影響量 測結果，假設輸入頻率很小時，約 10nV 的正弦波頻率約 10kHz，顯 然必須經由放大，一台好的低雜訊放大器大約擁有5nV Hz的輸入雜
量出來；鎖相放大器所使用是一個叫相位靈敏偵測（phase-sensitive detection）技術，可以在接收訊號之後，在其中辨別出具有參考頻 率與相位的特定部份，而使其他不是參考頻率與相位的部份不影響量 測結果，假設輸入頻率很小時，約 10nV 的正弦波頻率約 10kHz，顯 然必須經由放大，一台好的低雜訊放大器大約擁有5nV Hz的輸入雜