行政院國家科學委員會專題研究計畫 期中進度報告
奈米超音波科技(1/3)
期中進度報告(精簡版)
計 畫 類 別 ： 整合型 計 畫 編 號 ： NSC 95-2120-M-002-013- 執 行 期 間 ： 95 年 08 月 01 日至 96 年 08 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立臺灣大學光電工程學研究所 計 畫 主 持 人 ： 孫啟光 共 同 主 持 人 ： 李百祺、劉深淵、吳瑞北、許晉瑋、許進恭 報 告 附 件 ： 出席國際會議研究心得報告及發表論文 處 理 方 式 ： 本計畫可公開查詢中 華 民 國 96 年 09 月 10 日
奈米國家型科技計畫期中報告
1. 計畫背景：
計畫主持人及共同主持人（PI and Co-PIs）：
計畫主持人(PI):孫啟光 (Chi-Kuang Sun)
共同主持人(Co-PIs)：李百祺 (Pai-Chi Li)、吳瑞北 (Ruey-Beei Wu)、 劉深淵 (Shen-Iuan Liu)、許晉瑋 (Jin-Wei Shi)、許進恭 (Jin-Kong Sheu)
研究題目（Project Title）：
奈米超音波科技 (Nano Ultrasonics: Science and Technology)
主持人執行機構（Organization、institution）：
台大光電所 (Graduate Institute of Electro-optical Engineering, National Taiwan University)
全程計畫執行期限（Project period）：
從 95 年 8 月 1 日至 98 年 7 月 31 日 (From 1 August, 2006 to 31 July, 2009)
分年經費（Budget for each year）：
第一年:新台幣 9,580,000 元 (First year: 9,580,000 NTD) 第二年:新台幣 7,659,000 元 (Second year: 7,659,000 NTD) 第三年:新台幣 5,761,000 元 (Third year: 5,761,000 NTD)
2. 計畫目標：
（Goals of the project，內容 300 字以內）
在奈米國家型計畫支持下，過去的兩年裡，我們以光學的方式，首次取得 二維奈米超音波的影像。這些先期成果驗證了奈米超音波影像工具的可行性與重 要性，並可廣泛的運用於非侵入式的表面下研究。為延續目前的成果與新發現， 並積極建立奈米超音波科技之研究領域，本延續計畫的目標在於進一步發展實用 性與高解析度之將奈米超音波科技，以拓展材料科學與生命科學的觀測應用。本 計畫的目標為： 1.針對固態材料元件，以反射式遠場光學技術建立三維奈米超音波成像系統 2.針對生物組織，以高頻微波電路技術建立即時奈米超音波成像系統。 3.研究新穎的三維奈米音波現象。 4.建立三維奈米音波的傳播控制技術。 5.建立奈米超音波感測技術。
For the past two years, under the support of the NSC, preliminary 2D nano-ultrasonic imaging based on optical techniques is successfully achieved for the first time, demonstrating the possibility and importance of this non-invasive sub-surface nano-imaging tool. It is thus important to continue previous success for the further establishment of the research field of nano-ultrasonics. The goal of this continuous
program is to realize nano-ultrasonic techniques for life science and material science applications. The specific aims of research program are:
1. To establish optical piezoelectric transducer based 3D nano-ultrasonic systems for solid state device imaging with far-field optics and a backward signal collection scheme.
2. To establish microwave electronic-based 2D nano-ultrasonic systems for life science imaging with high-bandwidth dynamic focusing capabilities in water.
3. To study novel 3D nano-acoustic phenomena.
4. To establish 3D nano-acoustic wave propagation control techniques. 5. To establish nano-acoustic sensor techniques.
3. 參與計畫單位及人數：
台大光電所 8 人(Graduate Institute of Electro-optical Engineering, National Taiwan University：8 persons)
台大電機系 4 人(Department of Electrical Engineering, National Taiwan University：4 persons)
中央電機系 1 人(Department of Electrical Engineering, National Central University：1 persons)
成大光電所 2人(Graduate Institute of Electro-optical Engineering, National Cheng Kung University：2 persons)
4. 限本奈米國家型計畫產生之研究成果統計表
篇數 統計類別2004 2005 2006 2007
國外期刊論文11 12 12 5
國內期刊論文0 0 0 0
5. 請列出最具代表性之論文或專利至多 6 篇：
(1) T.-M. Liu, S.-P. Tai, C.-H. Yu, Y.-C. Wen, S.-W. Chu, L.-J. Chen, M. R. Prasad, and K.-J. Lin, C.-K. Sun, “Measuring plasmon-resonance enhanced third-harmonic χ(3)
of Ag nanoparticles,” Applied Physics Letters 89 (4), 043122 (2006).
劉子銘、戴世芃、虞哲航、溫昱傑、朱士維、陳隆京、M. R. Prasad、林寬 鋸、孫啟光，“量測奈米銀粒子因電漿共振所提升的三倍頻三階電導率” Applied Physics Letters 89 (4), 043122 (2006).
P.-C. Li, and C.-K. Sun, “Two-dimensional nanoultrasonic imaging by using
acoustic nanowaves,” Applied Physics Letters 89 (4), 043106 (2006).
林宮玄、余政達、孫世澤、陳宏賓、潘昌吉、綦振瀛、黃聖文、李百祺、 孫啟光，＂使用奈米音波量得的二維奈米超音波影像＂ Applied Physics Letters 89 (4), 043106 (2006).
(3) K.-H. Lin, C.-F. Chang, C.-C. Pan, J.-I. Chyi, S. Keller, U. Mishra, S. P. DenBaars, and C.-K. Sun, “Characterizing the nanoacoustic superlattice in a phonon cavity using a piezoelectric single quantum well,” Applied Physics Letters 89 (14), 143103 (2006).
林宮玄、張界逢、潘昌吉、綦振瀛、S. Keller, U. Mishra, S. P. DenBaars、孫 啟光，＂利用單一壓電量子井來檢測音波共振腔中的奈米音波超晶格＂ Applied Physics Letters 89 (14), 143103 (2006).
(4) Y.-C. Wen, C.-Y. Chen, C.-H. Shen, S. Gwo, and C.-K. Sun, “Ultrafast Carrier Thermalization in InN,” Applied Physics Letters 89 (23), 232114 (2006).
溫昱傑、陳政營、沈昌宏、果尙志、孫啟光，＂氮化銦材料中的超快載子 熱化行為＂ Applied Physics Letters 89 (23), 232114 (2006).
(5) T.-M. Liu, S.-Z. Sun, and C.-F. Chang, C.-C. Pan, G.-T. Chen, and J.-I. Chyi, Vitalyi Gusev, C.-K. Sun, “Anharmonic Decay of Sub-THz Coherent Acoustic Phonons in GaN,” Applied Physics Letters 90(4), 041902 (2007).
劉子銘、孫世澤、張界逢、潘昌吉、陳冠廷、綦振瀛、Vitalyi Gusev、孫啟 光，＂氮化鎵材料中次兆赫波同調聲學聲子的非諧衰減＂Applied Physics Letters 90(4), 041902 (2007).
(6) Y.-C. Wen, L.-C. Chou, H.-H. Lin, V. Gusev, K.-H. Lin, and C.-K. Sun, “Efficient generation of coherent acoustic phonons in (111) InGaAs/GaAs multiple quantum wells through piezoelectric effects,” Applied Physics Letters 90 (17), 172102 (2007).
溫昱傑、鄒李昌、林浩雄、林宮玄、孫啟光，＂藉由 (111)砷化銦鎵/砷化 鎵多重量子井的壓電效應來有效產生同調聲學聲子＂ Applied Physics Letters 90 (17), 172102 (2007).
6. 重大研究突破（請列出相關文獻及圖表，內容以 500 字為限）
：
在新計畫執行的第一年，我們已經完成以下的研究突破： (1) 成功製造並首度成功量測奈米聲子晶體之特性。藉由首次之時域波函數量 測，奈米聲子晶體於第一布里瓦聲子帶隙之能量與相位變化均能成功獲 得，並與三種理論模型從事比對。此研究也首度提供超光速傳播不存在之 直接證據。1. 0.18 0.24 0.30 0.36 0.42 0.48 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 1 2 3 4 5 6 Strain Ref lect ion Amplitude Acoustic Frequency (THz) Phase(radian) 圖一 內圖為奈米聲子晶體的 Impulse Response，所量到的信 號正比於奈米聲波的應變波形。將時間軸的信號做傅立葉轉 換，所得到的奈米聲子晶體特徵函數與理論值符合。此奈米 聲子晶體是設計用來反射 0.28 THz 的奈米聲波。 (2) 利用空間壓電力調制的方式將奈米超音波影像的橫向解析度推進到 140 奈 米的世界紀錄，打破了光學的繞射極限。 圖二 奈米超音波 B-scan 圖. 藉由空間壓電力調制技術，B-scan 影像的橫向解析度可 以從原本的 300 奈米推進到低於繞射極限的 140 奈米。 -500 -250 0 250 500 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 X axis (nm) EW2 Ratio -500 -250 0 250 500 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 X axis (nm) EW2 Ratio 200 220 240 260 280 (d/dt ) ( ∆ T) ( a rb. units ) Time (ps) (a)(3) 世界上第一次以實驗證明 Herring 非諧散射理論的正確性。這種材料天生的 散射行為會在次兆赫波的頻段對奈米超音波產生顯著的衰減 圖三 在 80K 溫度下取得的氮化銦鎵/氮 化鎵多重量子井的時域差變穿透圖(內嵌 圖)以及其對應的功率頻譜圖。實現表示 的是產生波的功率頻譜而點線表示的是 回波的功率頻譜。 圖四 在不同溫度下，氮化鎵材料中 470GHz 與 380GHz(內嵌圖)縱向同調聲學聲子的非諧衰減 時間。誤差範圍代表了量測值的標準差。經過曲 線的比對，非諧衰減時間與溫度成立方反比。 (4) 首次以實驗證明奈米粒子的侷限奈米音波可以產生兆赫電磁波的共振吸 收，這是藉由(硒化鎘/碲化鎘)奈米晶粒中核心與外殼明確的電荷分離來達 成。 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0 100 200 300 400 500 600 (SPH, l=1, n=0) Fr equ ency ( G Hz) 1/D (nm-1) (a) (SPH, l=1, n=1) 0 2 4 6 8 10 12 14 0 20 40 60 80 100 (b) σ ex (X 10 -2 2 m 2 ) D (nm) 圖五 (a) 量測到的聲子頻率隨著奈米晶粒大小呈現反比的變化，實線代表(SPH, l=1, n=0)模 態的理論值，點線代表(SPH, l=1, n=1)模態的理論值。誤差棒標示晶粒大小分布與兆赫波吸 收的頻寬。(b) 奈米晶粒的吸收截面積σex與晶粒尺寸的關係。資料可以由 σex =cD 4 曲線預 測(實線). 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Normalized Amplit ude (A.U. ) Frequency (THz) SHG 0 10 20 30 40 50 60 70 80 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 N o rm aliz ed A m plit ud e Delay (ps) 180 200 220 240 260 280 300 0 100 200 300 400 500 600 700 800 A n harmon ic Decay Ti me (ps) Temperature (K) 180 200 220 240 260 280 300 0 200 400 600 800 A n h a rmon ic Deca y T im e (ps) Temperature (K)
(5) 我們以(氮化銦鎵/氮化鎵)多重量子井製作了奈米音波的窄頻偵測器。 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 5 10 15 20 25 30 ∆ T/T ( a. u . ) Time Delay (ps) bandwidth: ~45GHz Frequency (THz) Fou ri e r Tra n sf or m Ampl it ud e ( a .u. ) ~103GHz bandwidth: ~50GHz ~370GHz ~740GHz bandwidth: ~45GHz 圖六 內嵌圖為窄頻奈米音波偵測器所偵測到的時域訊號，經過傅立葉轉換成頻譜後，可以分 析出~370GHz 及 740GHz signals。 (6) 我們首次進行兆赫聲子在固液介面的耦合研究，觀測到了奈米音波脈衝的拉 寬與介面衰減效應。 (7) 我們同時也探索了許多不同的半導體材料，藉以發掘新的奈米音波換能器， 包括氮化鎵奈米柱、氧化鋅、氮化銦3、沿(111)方向成長的壓電砷化銦鎵4與 type-II (砷銻化鎵/砷化鎵)量子井。 相關文獻
1. 林宮玄、張界逢、潘昌吉、綦振瀛、S. Keller, U. Mishra, S. P. DenBaars、孫啟光，＂利用單 一壓電量子井來檢測音波共振腔中的奈米音波超晶格＂ Applied Physics Letters 89 (14), 143103 (2006).
2. 劉子銘、孫世澤、張界逢、潘昌吉、陳冠廷、綦振瀛、Vitalyi Gusev、孫啟光，＂氮化鎵材 料中次兆赫波同調聲學聲子的非諧衰減＂Applied Physics Letters 90(4), 041902 (2007) 3. 溫昱傑、陳政營、沈昌宏、果尙志、孫啟光，＂氮化銦材料中的超快載子熱化行為＂ Applied
Physics Letters 89 (23), 232114 (2006).
4. 溫昱傑、鄒李昌、林浩雄、林宮玄、孫啟光，＂藉由 (111)砷化銦鎵/砷化鎵多重量子井的 壓電效應來有效產生同調聲學聲子＂ Applied Physics Letters 90 (17), 172102 (2007).
Following breakthroughs has been achieved for the first years:
(1) We experimentally and theoretically investigate the wave characteristics of a semiconductor phononic bandgap crystal with a periodicity of only tens of nanometers. By directly measuring the transient dynamics of a THz acoustic phonon wavepacket in time domain, we experimentally obtained the phase-resolved transfer function of the phononic bandgap nano-crystal of the first Brillouin bandgap, for the first time. We have also directly observed the quasi-impulse response of the phononic bandgap nano-crystal in time domain, which helps to resolve the apparent “superluminal” paradox.1.
0.18 0.24 0.30 0.36 0.42 0.48 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 1 2 3 4 5 6 Strain Ref lect ion Amplitude Acoustic Frequency (THz) Phase(radian)
Figure 1. Measured characteristic function (reflectivity and phase) versus frequency for a phononic
bandgap nano-crystal. Solid and dashed lines are calculated theoretical values. Inset is the measured impulse response of phononic bandgap nano-crystal. This sample is designed for the reflection of 0.28 THz nano-acoustic waves.
(2) Achieving record-high 140nm lateral resolution of 3D nano-ultrasonics by spatial force manipulation, which breaks the diffraction limit of optical spot.
Figure 2. B-scan traces of nano-ultrasonics. With the spatial force manipulation technique,
the spatial resolution of B-scan image can be improved from 300nm (left figure) to 140nm (right figure). -500 -250 0 250 500 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 X axis (nm) EW2 Ratio -500 -250 0 250 500 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 X axis (nm) EW2 Ratio 200 220 240 260 280 (d/dt ) ( ∆ T) ( a rb. units ) Time (ps) (a)
(3) First experimental verification on the validity of Herring’s theory of anharmonic processes, which contributes intrinsic attenuation to nanoacoustic waves in sub-THz range. 2.
Figure 3.Differential transient transmission
trace of the studied sample with InGaN/GaN MQW at 80K (inset) and its corresponding power spectra during the generation (solid curve) and echo (dotted curve) phases.
Figure 4. Anharmonic decay time (solid squares) of 470-GHz and 380GHz (inset) longitudinal coherent-acoustic phonons propagating in GaN at different temperatures. By curve fitting, the decay time shows an inverse cubic dependence on temperatur 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Normalized Amplit ude (A.U. ) Frequency (THz) SHG 0 10 20 30 40 50 60 70 80 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 N o rm aliz ed A m plit ud e Delay (ps) 180 200 220 240 260 280 300 0 100 200 300 400 500 600 700 800 A n harmon ic Decay Ti me (ps) Temperature (K) 180 200 220 240 260 280 300 0 200 400 600 800 An har mo nic De c a y T im e (p s ) Temperature (K)
1
(4) First experimental verification on the existence of THz resonant absorption related to the confined nano-acoustic waves (CNAW) in nanoparticles. This was achieved by using a specific core-shell charge separation in the CdSe/CdTe (core-shell) type-II nanocrystals.
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0 100 200 300 400 500 600 (SPH, l=1, n=0) Freq uency ( G Hz ) 1/D (nm-1) (a) (SPH, l=1, n=1) 0 2 4 6 8 10 12 14 0 20 40 60 80 100 (b) σ ex (X 10 -2 2 m 2 ) D (nm)
Figure 5 (a) Frequency of (SPH, l=1, n=0) phonons (solid line), (SPH, l=1, n=1) phonons (dotted line), and the THz absorption peaks (solid squares) as a function of inverse nanocrystal sizes 1/D. The error bars express the size variation and the THz absorption bandwidth. (b) Extinction cross
section of excess THz absorption as a function of particle diameter D. The data can be fitted by σex
=cD 4 (solid curve).
(5) We demonstrated that the 10-period In0.12Ga0.88N/GaN MQWs can be used as a narrow band acoustic detector for propagating nano-acoustic waves (NAW).
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 5 10 15 20 25 30 ∆ T/ T ( a.u. ) Time Delay (ps) bandwidth: ~45GHz Frequency (THz) F our ie r Transf or m Ampl it u d e (a. u. ) ~103GHz bandwidth: ~50GHz ~370GHz ~740GHz bandwidth: ~45GHz
Figure 6 Fourier transform of the inset, which shows the transient transmission trace of the pump-probe setup for time delay of 4ps~30ps. The ~370GHz and 740GHz signals result from the
narrow band detection of propagating phonons by the 10-period In0.12Ga0.88N/GaN MQWs.
(6) First study on the sub-THz coherent phonon coupling between solid and liquid water interface. Obvious acoustic pulse broadening and frequency dependent attenuation has been observed.
2
piezoelectric (111) InxGa(1-x)As,4 and GaAsSb/GaAs type-II quantum wells.
REFERENCES
1. K.-H. Lin, C.-F. Chang, C.-C. Pan, J.-I. Chyi, S. Keller, U. Mishra, S. P. DenBaars, and C.-K.
Sun, “Characterizing the nanoacoustic superlattice in a phonon cavity using a piezoelectric single
quantum well,” Applied Physics Letters 89 (14), 143103 (2006).
2. T.-M. Liu, S.-Z. Sun, and C.-F. Chang, C.-C. Pan, G.-T. Chen, and J.-I. Chyi, Vitalyi Gusev, C.-K.
Sun, “Anharmonic Decay of Sub-THz Coherent Acoustic Phonons in GaN,” Applied Physics
Letters 90(4), 041902 (2007).
3. Y.-C. Wen, C.-Y. Chen, C.-H. Shen, S. Gwo, and C.-K. Sun, “Ultrafast Carrier Thermalization in InN,” Applied Physics Letters 89 (23), 232114 (2006).
4. Y.-C. Wen, L.-C. Chou, H.-H. Lin, V. Gusev, K.-H. Lin, and C.-K. Sun, “Efficient generation of coherent acoustic phonons in (111) InGaAs/GaAs multiple quantum wells through piezoelectric effects,” Applied Physics Letters 90 (17), 172102 (2007).
7. 上述重大研究突破，與國際上類似領域之比較（內容以 500 字為限）
：
(1) 我們是第一個能從實驗上取得第一布里瓦區內奈米聲子晶體轉換函數的相位 資訊的研究團隊。我們也能直接觀測到奈米聲子晶體在時域上的準脈衝響 應，這有助於解決 superluminal 的矛盾。其他的研究團隊只能處理到轉換函數 的強度，而無法獲得相位資訊。1 (2) 利用空間壓電力調制的方式，我門成功的打破了光學的繞射極限，將奈米超 音波影像的橫向解析度推進到 140 奈米的世界紀錄， (3) 我們是世界上第一個以實驗驗證 Herring 關於次熱聲子非諧衰減理論的研究 團隊。 (4) 我們是世界上第一個量出氮化物半導體中非諧衰減時間的團隊。2 (5) 我們是世界上第一個驗證奈米粒子中的(SPH, l=1)偶極振動模態能夠與電磁 波耦合而產生強烈的兆赫波共振吸收。 (6) 我們是世界上第一個研究兆赫同調聲學聲子在固液介面的耦合行為。 相關文獻1. 林宮玄、張界逢、潘昌吉、綦振瀛、S. Keller, U. Mishra, S. P. DenBaars、孫啟光，＂利用單 一壓電量子井來檢測音波共振腔中的奈米音波超晶格＂ Applied Physics Letters 89 (14), 143103 (2006).
2. 劉子銘、孫世澤、張界逢、潘昌吉、陳冠廷、綦振瀛、Vitalyi Gusev、孫啟光，＂氮化鎵材 料中次兆赫波同調聲學聲子的非諧衰減＂Applied Physics Letters 90(4), 041902 (2007).
(1) We are the first group ever experimentally obtained the phase-resolved transfer function of the phononic bandgap nano-crystal of the first Brillouin bandgap. With a superior capability, we have also directly observed the quasi-impulse response of the phononic bandgap nano-crystal in time domain, which helps to resolve the apparent “superluminal” paradox. Other groups can only obtain the amplitude information of acoustic transfer function without phase information.1
(2) By the spatial force manipulation technique, we successfully break the optical diffraction limit and achieve 140nm world-record lateral resolution of an ultrasonic image.
(3) We are the first group in the world to verify the validity of Herring’s theory of anharmonic processes between sub-thermal phonons.2
(4) We are the first group in the world to obtain the anharmonic decay time in nitride-based semiconductors.2
3
absorption related to the (SPH, l=1) dipolar confined acoustic mode in nanoparticles.
(6) We are the first group in the world studying the coupling of THz coherent acoustic phonons at liquid-water interface.
References
1. K.-H. Lin, C.-F. Chang, C.-C. Pan, J.-I. Chyi, S. Keller, U. Mishra, S. P. DenBaars, and C.-K. Sun, “Characterizing the nanoacoustic superlattice in a phonon cavity using a piezoelectric single quantum well,” Applied Physics Letters 89 (14), 143103 (2006).
2. T.-M. Liu, S.-Z. Sun, and C.-F. Chang, C.-C. Pan, G.-T. Chen, and J.-I. Chyi, Vitalyi Gusev, C.-K.
Sun, “Anharmonic Decay of Sub-THz Coherent Acoustic Phonons in GaN,” Applied Physics
Letters 90(4), 041902 (2007).
計畫執行效益：包含學術或技術效益、社會效益、經濟效益(內容以 300
字
本奈米國家型科技計畫之目的在提出一前瞻性之奈米超音波科技研究。本計畫已成 功證明超音波可以產生二維奈米解析度之非破壞性表面下影像。目前證明之二維解 析度已可達 20X20 奈米左右，是目前非破壞性表面下影像解析度最高者。在未來技 術成熟後，相信可成為未來奈米影像之利器。 本計劃除了成功證明”奈米超音波”此一技術之可行性，並証明研究”奈米音波”分析所 需之各方面基礎知識、科技、與應用之必要性。這些新創之次領域包含：奈米音波 合成、奈米聲波傳播控制、奈米聲子晶體、奈米聲電效應與元件、奈米聲光效應、 奈米非線性聲波學、三維奈米解析度超音波影像、奈米壓電轉換器。本計劃之執行 除確立台灣在此”奈米音波”研究領域之獨特領先地位，並給予臺灣極大的利基成為 奈米超音波技術之主要供應者。出席Son et Lumiere 國際會議報告 2006/10/16~10/28
作者:劉子銘
這次前往法國科西嘉參加由法國Centre National de la Recherche
Scientifique(CNRS)所主辦的Son et Lumiere 研討會，主題鎖定探討聲與光在 微米到奈米尺度下與材料間的交互作用，會中有許多不同的研究團隊發表最新的 研究成果，同時也揭示了未來可能的研究方向。我在會中表的是高頻奈米聲波在 材料中可能遭遇到的衰減機制，不同於傳統低頻音波，次兆赫波的音頻將可能在 材料中高於熱聲子的碰撞頻率，造成量子形式的非諧衰減，在變溫與變頻的實驗 我們發現，這項趨勢與很早由Herring 提出的理論吻合，在場的Maris 教授也對 於這個結果表示高度的興趣，因為能否觀測到Herring 所描述的量子形式的非諧 衰減，是長期以來受到爭議的。也透過這個機會與日本北海道大學的Tamura 教 授討論，以理論模擬結果的可行性。 除了發表自己的研究成果，透過這次研討會，我們也認識了許多來自不同 研究領域的學者，分享最新的研究成果，並在充裕的時間進行會後的討論，提 升將來國際合作的可能性，這種school形式的研討會，對於年輕研究者的成長 很有幫助，希望將來有更多的機會參與此類型的研討會。其他我所觀察到有趣 的研究方向列舉如下： 1. 會中有一大部分的主題在探討Phononic crystal的設計與量測，多數研究團 隊採用週期性結構來製作聲波鏡，以造成聲波的侷限，並使用拉曼散射在頻 率域進行confined phonon 的分析，以確定是否有cavity mode 的生成。 2. 非線性聲學也是本次研討會的重點之一，透過picosecond ultrasonic 的方
式，產生一個沒有負向strain的聲波時，將有機會在長距離的傳播下看見 acoustic soliton 的效應。
3. 英國的Kent group 發表了Phonon laser 的proposal，提出已經具有聲子雷 射產生的徵兆。聲子雷射是用optical excitation 的方式，用的是20~60mW, kHz, ns pulses，打在GaAs super lattice 上。使用nanosecond pulse 的 原因是為了讓phonon 能一直在super lattice 區域一直有gain，頻率約莫在 600GHz。
4. Adnen Mlayah 教授在理論上將拉曼散射的transition matrix 做一個聲子與 電子貢獻的分解，運用resonant low-frequency Raman scattering 的量測， 可以在Ge 量子點中觀測到載子波函數的空間分布形式，由實驗結果可以得到 的結論是與拉曼散射有關的載子主要為電洞而非電子，這種量測還可以用來觀 察不同量子點之間的交互作用以及評估量子點的成長品質。
出席Focus On Microscopy 國際會議
心得報告
一、 參加會議經過及與會心得 此次能夠順利參加在西班牙瓦倫西亞所舉辦的FOM 2007，首先必須要感謝 國科會提供我補助，所以我才能前往西班牙參加此一年一度的顯微術研討會， 當然也要感謝我的指導教授孫啟光博士，在他的指導下我才能有豐碩的研究成 果在這個會議中發表，FOM(Focus on microscopy)是全世界水準最高的顯微術 研討會。我很幸運的能夠在這個會議中獲得一個口頭報告的機會，此次是我第 一次在國際研討會上發表自己的成果，同時也是第一次在這個國際會議中發表 ，因此比較生澀緊張，而且在以英文報告及回答問題方面，我還是許多空間需 要改進。 此次我所發表的研究成果，發表在非線性光學顯微術這個子會議，其最終 研究目的是在於發展一個能觀察胚胎並重組胚胎3D影像的倍頻顯微鏡，以提供 未來人類胚胎檢測上的需要。由於過去傳統的胚胎篩檢都是使用普通光學顯微 鏡，或是DIC 這類顯微術，無法深入的看到胚胎的內部。而且解析度也不夠。 因此使用倍頻顯微術觀察胚胎，不僅可以看到胚胎內部之構造，重組胚胎3D的 影像，甚至可以透過二倍頻觀察胚胎外圍的透明層，了解胚胎受精前與受精後 的差別。由於倍頻顯微術是最低侵入式的，可以長期觀察同一個胚胎不同時期 的現象，將來甚至可以用於優生學，觀察人類胚胎。我在這個會議上發表了此 ㄧ成果，獲得了廣泛的討論與迴響，同時給我了這個難得的機會，與許多從事 非線性光學顯微術的前輩專家相互討論學習，獲得了許多新知，這對未來我們 系統的改進有非常大的幫助，同時藉由別人的研究成果與討論，給我許多未來 研究方向的指引。 由於這是一年一度的光學盛會，因此世界各地的光學還有生物儀器廠商， 也都來參展，藉由這個機會，大大的推廣他們的產品，而我也藉由這個機會， 獲得了目前最新發展的光學和生物儀器及各種先進光學量測技術，同時也可以 深刻的了解現在世界光電產業發展的趨勢，最令我印象深刻的廠商就是okolab 公司，他們發展了能在顯微鏡底下操作的小型 incubator，而目前我們的倍頻 顯微鏡，由於很難做sample溫度與CO的控制，很難用來觀察細胞。如果購買的 話我們甚至能用我們的顯微術觀察幹細胞的分化與發展。藉由此次與參展廠商 的交流，不但增強自己的英文會話能力，同時也使自己認識了更多科學儀器。總而言之，這次出國參加這國際會議，我的收穫非常的大，加強了自己的 表達以及語言能力。此外也將我們實驗室的成果與世界各地的學者分享，並獲 得了許多指教與建議，這對我未來碩士畢業的研究有非常大的幫助，同時我也 聆聽了許多非常棒的研究成果發表與大師的精闢演講，藉由外來的良性刺激， 也激發我許多以前沒想過的研究方法以及指引，研究視野也因此開闊了起來。 除了獲得了學術上的新知之外，當然藉此機會我也見識到異國風情，參觀了許 多國外名勝古蹟，認識了國外的文化，這也算是額外的收穫吧，唯一感到不適 應的就是從台灣到西班牙光是坐飛機就要需要快十八個小時，實在是非常的久 ，需要一段時間才能適應時差。最後還是要再一次的感謝國科會，讓我有此機 會，到國外與世界頂尖的實驗室互相交流。 二、 建議或分享計畫 這次的出國開會，讓我聽到許多有趣的演講，也對未來的研究有許多新的想法， 例如在這次我就看到許多廠商已開發出一些高能的脈衝雷射。這在我們實驗室做 實驗上有發常大的潛力，可以激發出一些我們以往看不到的現象。此外國外開會 的經驗真的是難能可貴，除了可以增進自己的語言能力以及膽識，也可以擴展自 己的眼界，只不過出國開會真的需要一筆不少的金錢才能順利成行，希望國科會 以後能夠多加補助。 三、 攜回資料名稱及內容 會議議程紙本一份，會議全部論文CD 乙片
2007 年
CLEO/QELS
之會議心得報告
作者：戴世芃 此次能夠順利參加在美國巴爾的摩所舉辦的 CLEO/QELS 2007，首先要感謝 我的指導教授孫啟光博士，在他的指導下我才能有豐碩的研究成果在這個會議中 發表所以我才能前往美國東岸參加此一年一度的光學盛會，CLEO(conference on laser and electro-optics )是全世界水準最高的雷射與光電研討會，在此 發表的論文必須經過篩選，才能夠順利發表，因此在此會議中發表的論文都是有 一定的水準，此次我們實驗室投稿了十二篇論文，其中有七篇獲得發表機會，我 很幸運的能夠在這個會議中獲得兩個口頭報告的機會，此次已經是我第六次在國 際研討會上發表自己的成果，同時也是第四次在這個國際會議中發表，相較於先 前的生澀緊張，此次已經能夠比較從容不迫，不過由於這次我首次在一個國際會 議上講演兩個主題，因此準備較不充足，所以英文回答問題方面實在是表現不夠 好，還有許多空間需要改進。 此次我所發表的研究成果，分別發表在生醫光電領域中的奈米粒子技術應用 以及非線性光學顯微術這兩個個子會議，其最終研究目的是在於發展一個具有分 子辨別力的三倍頻顯微鏡，以符合未來分子醫學檢測上的需要，由於過去傳統的 三倍頻顯微數侷限於細胞型態或是組織結構的檢測，很難達到分子檢測的功能， 這在未來檢測DNA 或是RNA 來檢測早期的病變是有缺陷的，為了使三倍頻顯微鏡 有更廣泛的應用，在我的第一個研究當中，我們利用脂質包覆的量子點作為三倍 頻顯微術的對比劑並將之做是當的修飾送入培養的乳癌細胞中，以標定癌細胞中 的Her-2 expression，Her-2 這個分子許多乳癌細胞中會過度表現，對於癌症的 發展以及治療是非常的重要。我們利用這個技術成功的量化癌細胞中Her2 的表 現量，這對未來癌症的檢測是非常重要的。此外對於未來臨床檢測的需要，我們 也做了先期的動物實驗，我們將經過脂質包覆的量子點標定的癌細胞送入裸鼠皮 膚，待一個星期之後，我們利用實驗室內的三倍頻顯微鏡追蹤癌細胞的發展，我 們發現經過量子點標定的癌細胞所產生的三倍頻信號強度是對照組的二十倍以 上，因此利用脂質包覆的量子點作為三倍頻的對比劑，不但能夠使三倍頻具有分 子影像的功能，同時可以增加我們三倍頻顯微鏡的靈敏度以及穿透深度。我在這 個會議上發表了此ㄧ成果，獲得了廣泛的討論與迴響，同時給我了這個難得的機會，與許多從事非線性光學顯微術的前輩專家相互討論學習，獲得了許多新知， 這對未來我們系統的改進有非常大的幫助，同時藉由別人的研究成果與討論，給 我許多未來研究方向的指引。在我的另一個研究當中，我們則是發現帶氧血紅素 的吸收頻譜恰好與我們的雷射三倍頻產生共振，因此在活體中的實驗我們總是發 現紅血球的信號特別強，我們也實際的利用可調的OPO 光源量測了不同波長下血 紅素的三倍頻信號強度，證實了血紅素三倍頻的強度在我們雷射的波長下確實會 產生共振而增強。同時我們也利用這個技術去觀察各種不同的血管疾病，包含良 性的血管瘤，以及癌症腫瘤早期的血管增生現象，在我們這個技術下都能夠確實 辨別，由於血紅素並沒有螢光，因此過去的光學技術觀察紅血球大部分都必須染 色，而我們的技術在無須外加染色的情況下可以觀察到血流以及紅血球，對未來 臨床的血管疾病檢測提供了一個非侵入式的診斷工具。 由於這是一年一度的光學盛會，因此世界各地的光學儀器廠商，也都來參 展，藉由這個機會，大大的推廣他們的產品，而我也藉由這個機會，獲得了目 前最新發展的光學儀器及各種先進光學量測技術，同時也可以深刻的了解現在 世界光電產業發展的趨勢，最令我印象深刻的廠商就是Thorlab 公司，他們發 展了需多有用且具有創意的光學儀器，其中一個非常小型化的OCT 系統能夠提 供即時的皮膚影像，讓我覺得非常的有趣，同時我也直接拿我的手去做測試， 穿透深度約可以達到0.5mm 同時能夠提供即時的影像，而目前我們的倍頻顯微 鏡，體積還有縮小的空間，同時取像速度約為兩秒一張，還有非常大的改進空 間，希望有朝一日我們的系統也可以做的如此小同時快速。另外以往由於對自 己的英文能力沒有信心而不敢與廠商對話交流，在這次也有很大的改善，雖然 英文仍然不佳，不過這次我對於有興趣的產品我也放膽去問，也從中獲得了需 多新知，藉由此次與參展廠商的交流，不但增強自己的英文會話能力，同時也 使自己認識了更多科學儀器。 在這個會議當中，最令我印象深刻、收穫最大的是每個子會議的Plenary Session 演講，由於演講者都是該領域大師級的人物，同時演講時間長達四十 五分鐘，因此我可以了解該領域整個發展過程，以及目前世界最新的研究成果 ，這都是在國內很難有的機會，在國內能聽到一位大師級的演講，已經是非常 難得的事，而再這個會議中一次可以聽到數位大師級的演講，這對我來是一次 非常難得的機會。同時藉由瞻仰大師的丰采，更能驅使我更加專注於研究當中 。 總而言之，這次出國參加這國際會議，我的收穫非常的大，不但加強了自 己的表達以及語言能力，雖然會話以及聽力仍有非常大的努力空間，不過自己 過去在人群中演講，總是無比緊張，在這麼多次的練習之下，終於有大幅的改 進，心情也為之輕鬆許多。此外也將我們實驗室的成果與世界各地的學者分享
，並獲得了許多指教與建議，這對我未來博士畢業的研究有非常大的幫助，同 時我也聆聽了許多非常棒的研究成果發表與大師的精闢演講，藉由外來的良性 刺激，也激發我許多以前沒想過的研究方法以及指引，研究視野也因此開闊了 起來。除了獲得了學術上的新知之外，當然藉此機會我也見識到異國風情，參 觀了許多國外名勝古蹟，認識了國外的文化，這也算是額外的收穫吧，唯一感 到不適應的就是從台灣到美國東岸光是坐飛機就要需要快二十個小時，實在是 非常的久，同時當地時間剛好與我們相差十二個小時，因此平時作息生活正常 的我，需要一段時間才能適應時差。不過這一切都是值得的，畢竟身處於國內 的我還是需要多與外界交流刺激，才能夠持續進步。
作者：謝卓勳
四、 參加會議經過及與會心得
此次能夠順利參加在美國巴爾的摩所舉辦的CLEO/QELS 2007，首先必須要 感謝國科會提供我補助，所以我才能前往美國參加此一年一度的顯微術研討會 ，當然也要感謝我的指導教授孫啟光博士，在他的指導下我才能有豐碩的研究 成果在這個會議中發表，CLEO (conference on laser and electro-optics ) 是全世界水準最高的雷射與光電研討會，在此發表的論文必須經過篩選，才能 夠順利發表，因此在此會議中發表的論文都是有一定的水準，此次我們實驗室 投稿了十二篇論文，其中有七篇獲得發表機會。我很幸運的能夠在這個會議中 獲得一個口頭報告的機會，此次是我第一次在國際研討會上發表自己的成果， 同時也是第一次在這個國際會議中發表，因此比較生澀緊張，而且在以英文報 告及回答問題方面，我還是許多空間需要改進。 此次我所發表的研究成果，發表在非線性光學顯微術這個子會議，其最終 研究目的是在於發展一個能觀察胚胎並重組胚胎3D影像的倍頻顯微鏡，以提供 未來人類胚胎檢測上的需要。由於過去傳統的胚胎篩檢都是使用普通光學顯微 鏡，或是DIC 這類顯微術，無法深入的看到胚胎的內部。而且解析度也不夠。 因此使用倍頻顯微術觀察胚胎，不僅可以看到胚胎內部之構造，重組胚胎3D的 影像，甚至可以透過二倍頻觀察胚胎外圍的透明層，了解胚胎受精前與受精後 的差別。由於倍頻顯微術是最低侵入式的，可以長期觀察同一個胚胎不同時期 的現象，將來甚至可以用於優生學，觀察人類胚胎。我在這個會議上發表了此 ㄧ成果，獲得了廣泛的討論與迴響，同時給我了這個難得的機會，與許多從事 非線性光學顯微術的前輩專家相互討論學習，獲得了許多新知，這對未來我們 系統的改進有非常大的幫助，同時藉由別人的研究成果與討論，給我許多未來 研究方向的指引。 由於這是一年一度的光學盛會，因此世界各地的光學還有生物儀器廠商， 也都來參展，藉由這個機會，大大的推廣他們的產品，而我也藉由這個機會， 獲得了目前最新發展的光學和生物儀器及各種先進光學量測技術，同時也可以 深刻的了解現在世界光電產業發展的趨勢，最令我印象深刻的廠商就是okolab 公司，他們發展了能在顯微鏡底下操作的小型 incubator，而目前我們的倍頻 顯微鏡，由於很難做sample 溫度與CO2的控制，很難用來觀察細胞。如果購買 的話我們甚至能用我們的顯微術觀察幹細胞的分化與發展。藉由此次與參展廠 商的交流，不但增強自己的英文會話能力，同時也使自己認識了更多科學儀器 。
總而言之，這次出國參加這國際會議，我的收穫非常的大，加強了自己的 表達以及語言能力。此外也將我們實驗室的成果與世界各地的學者分享，並獲 得了許多指教與建議，這對我未來碩士畢業的研究有非常大的幫助，同時我也 聆聽了許多非常棒的研究成果發表與大師的精闢演講，藉由外來的良性刺激， 也激發我許多以前沒想過的研究方法以及指引，研究視野也因此開闊了起來。 除了獲得了學術上的新知之外，當然藉此機會我也見識到異國風情，參觀了許 多國外名勝古蹟，認識了國外的文化，這也算是額外的收穫吧，唯一感到不適 應的就是從台灣到美國東岸光是坐飛機就要需要快二十個小時，實在是非常的 久，需要一段時間才能適應時差。最後還是要再一次的感謝國科會，讓我有此 機會，到國外與世界頂尖的實驗室互相交流。 五、 建議或分享計畫 這次的出國開會，讓我聽到許多有趣的演講，也對未來的研究有許多新的想法， 例如在這次我就看到許多廠商已開發出一些高能的脈衝雷射。這在我們實驗室做 實驗上有發常大的潛力，可以激發出一些我們以往看不到的現象。此外國外開會 的經驗真的是難能可貴，除了可以增進自己的語言能力以及膽識，也可以擴展自 己的眼界，只不過出國開會真的需要一筆不少的金錢才能順利成行，希望國科會 以後能夠多加補助。 六、 攜回資料名稱及內容 會議議程紙本一份，會議全部論文CD 乙片。
