17 2001 年 10 月
主
題
探
討
建構兆位元時代的光電科技
─光電卓越計劃簡介
祁甡 在二十一世紀，資訊社會將邁入兆位元時代。光電科技在兆位元資訊的傳輸、處理、及儲存上 均將扮演關鍵性角色。本計畫之主旨是在交通大學現有的基礎上，強化研究教學環境，以期在建構 兆位元時代的光電科技研究及人才培訓上做出重要貢獻，並協助建立我國相關產業的核心技術，奠 定我國跨世紀資訊社會的科技基礎。 本計畫包括四個分項計畫：(一)、先進雷射及光電基礎研究：主旨在發展先進雷射光源，研究 光、電與物質之交互作用，以探討與兆位元光電科技有關的物理前緣課題及關鍵性技術。(二)、尖 端光電材料與元件：著重在研究及發展特殊有潛力的光電材料和元件，以順應兆位元超高速通訊、 大量資訊處理及高儲存之需求。(三)、寬頻光纖通訊與分布式光纖感測技術：以技術導向的方式來 發展尖端光纖通訊及感測系統在設計與製作上所需之關鍵計術﹐內容涵蓋了目前光纖通訊及光纖感 測技術中從元件、模組、到系統層次的重要研究領域。(四)、光儲存科技：進行前瞻新型的讀寫機 制、記錄媒體研究，由面積及體積密度提昇併進，以達成十億位元（G b i t / s e c ）讀取速度、 100Gbit/in2的記錄面密度、及奠定兆位元的儲存容量基礎為目標。各分項計畫第一年具體成果如 下：(一)、先進雷射及光電基礎研究：
本年度已建立光子工廠之雛型，完成雷射脈寬短於 35 fs ，脈衝重複率 1 kHz ，脈衝能量 2. 5 mJ 之實驗平台。加上波長延伸裝置，系統輸出波長範圍可涵蓋 350 nm 至 12 μm。在具時間和空 間解析之雷射診斷分析技術上，我們建立頻譜解析光閘（FROG）實驗裝置，完成以 Labview程式為 基礎的疊代式相位復原演算法，來分析 FROG 影像，以便更精準的擷取超快光脈衝的振幅與相位資 訊。並利用飛秒雷射激發之共焦顯微光譜術觀測到HPVPE技術長成之GaN樣品中的二倍頻與三光子 激發螢光，證明中心波長在398nm的尖峰是雷射二倍頻訊號，而中心波長在367nm的尖峰則為三光 子激發螢光訊號。(二)、尖端光電材料與元件：
本年度計劃中我們主要是建立研究所需之基礎建設。完成建立高密度電漿鍍膜(PECVD)和蝕刻 系統(ICPAES/RIE)；准分子雷射及雷射輔助MBE系統；顯微光電特性量測系統；近場/AFM/共焦顯 微系統及螢光和拉曼光譜系統；和X光繞射儀等。研究方面，完成在GaN薄膜內摻雜As之後對光學 性質之影響，開發高電洞濃度 p-GaN 之生長和 p- 型歐姆接觸之技術，等電性 As 摻雜 GaN 之光電特 性研究。在量子結構研究方面，研究共振腔結構相關之雷射非線性動力學，用超短雷射脈衝激發p 型摻雜 GaAs/Al0.32Ga0.68As 量子井，成功地以 AFM 氧化 Si 和 Si3N4 達成 pattern transfer 之奈米結 構製作技術，此技術可應用於高密度儲存和製作光子晶體上。研究GaAs/AlxGal-xAs量子井結構之18 交大友聲 388 期
主
題
探
討
交大光電所成立 20 週年
(三)、寬頻光纖通訊與分布式光纖感測技術：
在非線性光纖通訊系統中，除了進行系統的設計與模擬之外﹐並利用自回饋增益開關控制FPLD 以產生單一波長窄脈衝之光固子光源。在增益開關自回饋控制下之 FPLD 產生之光脈衝可具備紅啁 啾 (red chirp) 或是藍啁啾(blue chirp) 甚至是無啁啾 (unchirp) 之轉換極限之現象。在光次 載波技術研發上，完成單一頻道 OSSB 調變技術之驗證。進行 4 個 2.5 Gb/s OSSB 頻道之光發射 機製作及其驗證，其頻道之間距小於 10GHz 時仍可傳輸超過 100km 。新型光纖光柵元件製作技術 上，完成可以模擬光纖光柵特性的分析程式，及對預先給定的反射或透射頻譜來反推所需之折射係 數改變量的大小分布的設計程式。發展出 Truly Apodized 光纖布拉格光柵的新型製作技術，可以 製作出符合 DWDM 應用需求的光纖布拉格光柵元件。完成雙光束干涉式精密光纖光柵曝製系統之設 計。從分布式光纖感測技術中，發展出一套基於BOTDR之光纖感測系統，可同時分佈式量測溫度與 應變，標準單模光纖之量測範圍可遠達 9500m,空間解析度可小至 20cm,溫度解析度可小至 1。C，這 種精確度應該是目前世界上最好的結果。(四)、光儲存科技：
在光學超解析法（Optical super resolution）上，利用光碟片材料的強烈非線性特性，以 入射雷射光束的熱，開啟一個小於 " 繞射極限 " 的讀出孔徑（detection aperture），用以讀取小 於繞射極限的記號，因而提昇光碟片的密度及容量。配合了 GMR 磁頭的應用，其記錄密度可達到 100 Gb/in2，甚至 1 Tb/in2高記錄容量之需求。並以摻雜(Doping)技術加入光碟之濺鍍製程中，
做為光碟多層結構機械性質提升與記錄層晶粒之細化方法，從而提升相變化光碟的覆寫性質。在近 場光學儲存上，探討飛行讀寫頭與空氣動力飛行機制特性。並且發展了滑動模式為基礎的學習控 制，而完成結合感測結構的微探針掃瞄系統。在三度空間光儲存上，以多層記錄層為主軸，在同一 雷射光焦深內，形成多階（multi-level）記錄，並使用多層薄膜矩陣光學瞭解能量分配的關係， 進行雙層「DVD-RAM」的設計及製作。 以下請各位負責的教授們，針對這四個計劃做一簡介。
