次世代積體「光」路之關鍵技術雷射
《撰稿》賴建智
在現今高速通訊網路時代，各位一定聽過類似新聞：某某實驗室成功開發出一秒鐘內下載數部藍光DVD電影…等等；然而，為何現實生活中卻未發生？原因是現有光纖網路系統中，存在著光訊號轉電訊號，以及電訊號轉光訊號的過程。每經過一次光路與電路轉換，訊號就損失部份能量，也延遲了訊號抵達終端的時間；且現有電子傳輸速度終有極限，以致於光纖通訊網路速度在一般使用者端有所受限。
為克服此瓶頸，光纖網路架構之最完美的解決方式，便是將上述光轉電與電轉光的過程，均改為光對光轉換，也就是「全光化積體光路」。而全光化積體光路中，最為關鍵元件即為發射端之光纖雷射。另一方面，因近年綠能環保意識高漲，若能結合太陽能材料與光纖架構，兩者合而為一研製高效率關鍵雷射，實為最佳解決方案。
東華團隊找到關鍵技術，突破瓶頸
「鈣鈦礦」－在綠能產業與科學界中，為發展次世代綠能元件之重要發光材料。其具易合成、高發光效率、發光波段易調整等優點。相對地，此材料卻存在著先天易與空氣中水氣與氧氣結合而劣化之缺點。若以此材料研製成雷射，則面臨雷射元件僅能運作於低溫，或仰賴昂貴脈衝雷射驅動，此舉均與綠能元件應用本意背道而馳。最重要的是，無法相容於現有微小化之全光化積體光路。
為整合光纖平台與鈣鈦礦材料，本校物理系暨光電系賴建智教授團隊，首創提出低成本塗佈、浸潤製程，將奈米級鈣鈦礦披覆於具原子級平整表面之單晶光纖，藉由單晶光纖與生俱來之高導熱係數及微型共振腔等優點，一舉突破科學界長久瓶頸，實現室溫下極低耗能（僅100 nW）的太陽能材料光纖雷射（圖一）。該研究成果登上國際頂尖期刊《先進材料》（Advance Materials）（影響因子達32）[1]，並被該期刊評選為特色封面（圖二），顯見東華研製關鍵雷射技術領先全球。
放眼未來，歡迎加入本團隊開創關鍵元件先機
此技術不僅滿足次世代全光化積體電路更小、更節能之必要需求，且為能源材料與半導體IC整合取得先機，並將加速未來積體光學晶片的發展與應用。相關詳細資料請見科技部新聞稿[2]、科學推展中心[3]、及相關媒體雜誌報導[4]與解說影片[5]。
參考資料
[1] ➜〈https://doi.org/10.1002/adma.202006819〉
[2] ➜〈https://www.nstc.gov.tw/folksonomy/detail/65981232-232b-434d-9218-c291040132ce?l=ch〉
[3] ➜〈https://spec.ntu.edu.tw/20210915-research-phys/〉
[5] ➜〈https://news.pts.org.tw/article/516326〉