先進雷射技術與應用專題

高功率二極體端面激發摻釹固態雷射的製作與發展 [ 下載 PDF ]

黃郁仁

高功率二極體端面激發固態雷射在基礎科學以及產業發展上佔有不可或缺的角色。本文將針對摻釹晶體探討數種能夠在二極體端面激發架構下提升輸出功率的方法，並分析每種方法的優缺點以及改善光束品質的可能解決之道。其中，我們創新地設計多塊鍵結的複合式摻釹釩酸釔晶體，搭配兩顆將近百瓦的光纖耦合雷射二極體，產生了接近百瓦的連續波雷射振盪器，所獲得的光束品質小於 2。最後，我們也討論了此類光源進一步的應用與前景。

高功率、高重覆率之脈衝式光子晶體光纖雷射 [ 下載 PDF ]

莊威哲, 蘇冠暐

本文介紹了利用光子晶體光纖作為增益介質，分別使用不同的架構探討脈衝式光子晶體光纖雷射的特性，分別為：(1) 主動式 Q 開關光子晶體光纖雷射、(2) 被動式 Q 開關光子晶體光纖雷射、以及 (3) 光子晶體光纖放大器。其中在 Q 開關雷射部分使用主動式可以得到 10 千赫茲的脈衝重覆率，其脈衝能量為 0.51 毫焦耳，脈衝寬度為 18.3 奈秒。使用被動式脈衝重覆率為 6.5 千赫茲，能量為 1.1 毫焦耳，脈衝寬度約為 10 奈秒之脈衝雷射。為了進一步縮短脈衝雷射之脈衝寬度，我們也利用光子晶體光纖為增益介質，搭配 Nd:YVO₄/Cr⁴⁺:YAG 之被動式 Q 開關的種子源雷射作為光纖放大器，此架構可得脈衝寬度為 2.2 奈秒，脈衝重覆率為 14.9 千赫茲，脈衝能量為 0.22 毫焦耳之脈衝雷射，將來利用光束耦合的方式來進一步提升脈衝雷射的輸出功率及能量。

具有光旋渦之結構光場的形成與應用 [ 下載 PDF ]

林毓捷, 李承曄, 陸亭樺

於結構光場的相關研究中，光旋渦的產生在實際的應用上扮演相當重要的角色。本文透過理論驗證一個高階的花瓣 Laguerre-Gaussian (LG) 模態可以被轉換成一組共軸且十字相交的 Hermite-Gaussian (HG) 模態，且其鑲嵌有對應於軌道角動量態的二維光旋渦陣列。利用這層轉換關係，我們使用可旋轉的 π/2 柱面鏡對，透過實驗來產生具有可觀數量的二維光旋渦陣列的軌道角動量態。更進一步，我們用理論證明一群 HG 模態與 LG 模態之間的轉換可以導致二維同調態的空間結構從利薩如曲線轉換至次擺線曲線。有了此轉換關係的連結，我們利用實驗，透過輸入利薩如模態並經過柱面鏡對來轉換、產生各式各樣的結構光場。本文所呈現的研究結果不只實現了產生各式結構光場的新方法；另一方面，也提供了一些實用的新想法給後續跟光旋渦相關的研究與應用。

研究 Q 開關脈衝式雷射產生噴濺於自由水平面上和噴濺隨時間演進的結構變化 [ 下載 PDF ]

陳建至, 余彥廷, 蘇冠暐

本文利用 Q 開關脈衝式雷射聚焦於自由水平面下，並且改變聚焦點離水面的深度，觀察水面上的噴濺之形成與時間演進的結構變化。水面上的噴濺水柱有粗細兩段，然後粗水柱的頂部有一個皇冠結構的噴濺。此皇冠噴濺由特殊環狀水面塌陷的回復所產生。在時間的演進中，我們發現皇冠噴濺會漸漸收縮閉合產生氣泡於粗水柱之中，並在適當的聚焦深度下，此氣泡中還會包覆一顆小水滴。

利用大面積面射型雷射類比研究二維量子彈子球檯的特徵 [ 下載 PDF ]

余彥廷, 段必輝, 蘇冠暐, 黃凱風

本文證實了大面積面射型雷射 (broad-area vertical cavity surface emitting lasers) 可用於類比研究二維量子彈子球檯系統 (two-dimensional quantum billiards)。實驗結果顯現其近場及遠場分布可分別類比對應於二維量子彈子球檯的位置空間及動量空間波函數，進一步研究大面積面射型雷射的光譜特性，結果顯示，當雷射操作在接近閾值條件 (threshold condition) 時，放大自發輻射 (amplified spontaneous emission) 會使螢光光譜呈現上千個共振腔模態的峰值結構，深入分析發現，此光譜隱含相鄰模態的交互作用行為及雷射孔徑的週期軌道資訊，這跟二維量子彈子球檯能譜密度 (energy level density) 的物理特徵一致，此實驗結果證實大面積面射型雷射接近閾值的螢光光譜可完善類比對應二維量子彈子球檯的特徵能譜密度。

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ALD 設備與產業展望 [ 下載 PDF ]

柯志忠, 卓文浩, 林建寶, 劉柏亨, 陳建宏

自上世紀 60 年代發展以來，原子層沉積技術 (atomic layer deposition, ALD) 逐漸受到重視，尤其半導體製程微縮化需求促進 ALD 設備工業化以及本世紀初 ALD 設備產業蓬勃發展，由於 ALD 技術具由極佳沉積覆蓋性與厚度控制，許多現有半導體製程亦將轉換為 ALD，因此在可見未來 ALD 製程技術與設備將在半導體領域具有重要角色。正當 ALD 在半導體產業方興未艾，能源、民生、觸媒與光電產業亦觀察到 ALD應用可行性，因此 ALD 設備廠商根據產業製程需求，開發 plasma-enhanced ALD、batch ALD、spatialALD、roll-to-roll ALD 與 powder ALD 等系統，並且達到工業量產之要求，顯示 ALD 設備仍有極大開發空間。

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攜帶式靜脈注射裝置之研發 [ 下載 PDF ]

杜鳳棋, 徐奎新

本文提出一種利用蠕動幫浦帶動轉動壓頭，擠壓軟管以持續定量注射點滴，體積小且攜帶方便，徹底革除傳統「吊大筒」必須使用點滴架的不便與危險，可供病患自由攜行，並擺脫傳統點滴架帶來之行動不便與困擾，使用微電腦控制點滴輸液幫浦，是一種完全顧及病患尊嚴並有效確保治療安全性的嶄新醫療輔具。