潘犀 教授
Pan,Ci-Ling

 

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學歷

● Ph.D. in Physics , Colorado State University, Ft. Collins, Colorado , U.S.A. (1975-1979)
● M.S. in Physics , Colorado State University, Ft. Collins, Colorado , U.S.A. (1973-1975)
● 東海大學物理系學士 (1967-1971 )

現職與經歷

現職:
●國立清華大學物理系主任(2011/8-)
●國立清華大學物理系教授兼清華講座 (2009/02-)
● 台灣聯合大學系統講座 (2009/02-)
● 國立清華大學光電所合聘教授 (2009/02-)
● 國立交通大學光電系合聘講座教授 (2009/02-)
● 國立清華大學光電研究中心主任 (2009/08-)

經歷:
● 國立交通大學講座教授 (11/2003 to 1/2009)
● 國立交通大學光電工程學系系主任 (8/2004 to 7/2006)
● 國立交通大學光電工程研究所教授 (8/1987 to 1/2009)
● 國立交通大學光電工程研究所所長 (8/1992 to 7/1995)
● 國立交通大學光電工程研究所副教授 (2/1981 to 7/1987)
● 國科會光電學門召集人 (1/1996 to 12/1999)
● 香港中文大學電子工程學系訪問教授 (1/2008 to 6/2008)
● 日本大阪大學雷射工學研究所客員教授 (3/2004 to 6/2004)
● 美國加州大學柏克萊分校訪問學者 (2/1986 to 1/1987)
● 美國科羅拉多州立大學化學系博士後研究員 (8/1979 to 1/1981)
● 中華民國海軍陸戰隊少尉兵工官 (7/1971 to 6/1973)

榮譽與獎項

學術獎
國科會傑出研究獎(1990-1992,1992-1994,1994-1996)
國科會特約研究員(1997-2002)
國科會傑出特約研究員獎(2002)教育部第48屆學術獎(2004)

其他榮譽
● 斐陶斐榮譽學會會員 (1991迄今)
● 華人光電學會(Photonic Society of Chinese Americans, PSC)Fellow (1998)
   Fellow citation: “For his outstanding contribution in ultrafast optics and optoelectronics,
   in particular the development of dual wavelength lasers and GaAs:As+ photoconductors”
● 有庠科技講座(通訊光電)(2003)
● 美國光學學會(OSA, the Optical Society)Fellow (2004)
   Fellow Citation: “For contributions to ultrafast optoelectronics, tunable and multi-wavelength
   lasers, leadership of optical and photonics research and education”.
● 國際光學工程學會(International Society for Optical Engineering, SPIE)Fellow (2004)
   Fellow Citation: “For contributions to ultrafast optoelectronics, tunable and multi-wavelength
   lasers, leadership of optical and photonics research and education”.
● 中華民國光學工程學會工程獎章(2004)
● 中華民國物理學會會士(2005)
   Fellow Citation: “超快雷射與兆赫波物理及工藝上,貢獻卓越”
● 中國工程師學會傑出工程教授獎(2006)
● 潘文淵文教基金會研究傑出獎 (2007)
● 領導學術追求卓越團隊及研究成果入選「科學50」– 國科會50科學成就(2008)
● 美國物理學會(APS, American Physical Society) Fellow (2009)
   Fellow Citation: “For pioneering studies of the physics and technology of ion-planted
   semiconductor and liquid-crystal devices for ultrafast and THz applications, and for
   significant contributions toward developing tunable and ultrafast laser systems for
   applications in communications, sensing, spectroscopy and materials diagnostics and
   processing.”.
Fellow, IEEE (2012), Fellow Citation:"For pioneering contributions in optoelectronic and
liquid crystal devices for ultrafast and THz photonics,"

 

研究領域
  1. Laser Science (雷射科學)
  2. Ultrafast Optics and Optoelectronics (超快光學與光電子學)
  3. THz Optics and Photonics (兆赫光學與光子學)
  4. Liquid Crystal Optics and Photonics (液晶光學與光子學)
研究興趣與成果 (Updated on January 3, 2010)

[ 1 ] 兆赫光子科技: V和W 頻段無線與超寬頻訊號光纖通訊之關鍵元件及技術之研究-總計畫暨子計畫一:超寬頻訊號載於光纖通訊之基礎與應用研究(國科會NSC, Aug. 1, 2009-July 31, 2012)

        兆赫輻射 (Terahertz Radiation, 1 THz = 1012 Hz) 是頻率從十分之一兆赫到十兆赫範圍內的電磁波的簡稱。相對於X射線,兆赫輻射也被稱爲T射線,其波長在次毫米波範圍(30到300微米),屬於遠紅外線範疇。這一頻率範圍內的電磁波的相關研究具有豐富的科學內涵和廣泛的應用前景: 如遙測、顯像與通訊等。最近我們在這方面有重要的發現與突破,如實現了各種結合液晶、光子晶體及meta-material結構之可操控THz光電元件、次毫米波的光電式發射器及雛形聲訊兆赫連結等。
將無線通訊拓展至兆赫波段長久以來都是兆赫科技研究的聖杯,THz科技在資通領域之Roadmap請參考下圖(取自M. Tonouchi, Nature Photonics, 1(2):97, 2007):

        NTT利用UTC-PDs已證實120-GHz-band millimetre-wave wireless links的可行性,預期2015年可提升至100 Gbit s-1。在這同時,混成式的無線電-光纖通訊越來越受到矚目。60GHz無線電-光纖通訊網路即將商品化。我們組成由中央大學、清華大學、交通大學研究群的團隊,開始探討在W-band 及更高頻段(> 100 GHz)的超寬頻突波無線-光纖通訊的若干重要議題:
1.  超過W-band的光電式厘米波發射器及其關鍵元件:高功率/高效率光偵測器的測試。
2.  建立 1550 nm-based UWB-IR 超寬頻脈碼無線-光纖通訊測試平台。
3.  展示1550 nm-based 之10 Gb/s UWB-IR 無線-光纖通訊連結及加碼與解碼技術。

[ 2 ] 高效率矽奈米結構太陽能電池:含自組裝矽量子點之奈米孔洞氧化矽複合材料之光伏特技術(國科會NSC, Aug. 1, 2009-July 31, 2012)

        太陽能技術在科學上必須有革命性之突破才能於2030 年達到累積光伏特產品4TW,模組單價低於0.3 $/Wp 之目標。本課題畫提出一新型太陽能電池結構,其主要結構為一埋藏於n 型或p 型奈米孔洞氧化矽材料內之尺寸漸變矽量子點超晶格,並採用各種方案,如雙層抗反射結構或以氧化銦錫(ITO)奈米柱狀結構層,以更有效以增強太陽光之穿透效率並提昇捕捉光子之能力。應用表面電漿的耦合結構,我們預期將可進一步達成自由空間至元件內部的無損失光耦合功能。最後,利用高熱電特性的矽奈米柱製作熱電轉換元件,充分利用操作時所散發出的熱能並維持元件在最佳的溫度工作,我們期待孕育高效率(> 15%)低價位之光伏特技術。在本課題中,我們將整合理論與實驗研究,以第一原理及自由度N 成一次方關係之高效率數值模型,來暸解與優化矽碳-矽-矽鍺薄膜系統及含自組裝矽量子點之奈米孔洞氧化矽複合材料之電子結構與傳輸效應,並將利用密度泛函理論為基礎之緊密鍵結模型加以評估整體載子之傳輸特性。上述新穎材料的載子傳輸特性可以非接觸的方式,利用超快與兆赫同調光譜技術量測而加以驗證。
        這個計畫整合國立成功大學,國立交通大學,國家奈米元件實驗室及國內數家廠商,是進行中的奈米國家型科技計畫學術卓越計畫。

[ 3 ] 新型寬頻次飛秒光源產生與光同調性研究:桌上型亞週期阿秒雷射光源之研究(國科會NSC, Aug. 1, 2009-July 31, 2012)

        單週期(single-cycle,亦即阿秒與兆赫波)光子學是目前光電科學的前沿領域。目前,由兆赫至軟X-射線的單週期電磁波已被實現。由如此先進光源發射的光波的各種特性都能準確控制。掌握如此威力強大的工具,科學家們得以前所未有的清晰度鉅細靡遺的研究。潘教授在超快及兆赫科技領域已研究多年,在本計畫中,我們提議一種新的方法來產生次飛秒(阿秒尺度)的光脈衝:以一具高能量的奈秒級雷射,利用非線性晶體中的二階非線性效應,各級串接的方式產生雷射基頻的二、三、四及五次諧波,並加以相位鎖定及控制,則其合成之光脈衝將短至次飛秒級,且其脈衝包絡相位(carrier envelope phase)可控制。經由高階諧波產生(Higher Harmonic Generation),預期應可在短期內產生短至XUV~ 50nm)波長的同調光。下圖是我們從事阿秒科技研究的構想與藍圖:

阿秒科技研究的構想與藍圖

        最近,此新型阿秒(attosecond, 1 as = 10-18秒)雷射系統的雛形已由潘教授的團隊在清華大學架設完成。作為初步的驗證,我們用三個諧波合成方波與鋸齒波,量測與理論預測相符,初步結果已發表於2010FiO

清華阿秒光源。

        我們正針對此光源作完整的特性檢測與分析。同時,我們試圖以此亞週期阿秒光源產生高階諧波。這將是首度用亞週期光脈衝進行的類似實驗,因此其結果將眾所矚目。控制低階與高階諧波的振幅與相位,我們將有機會產生較目前各種提議的方法更小一個數量級的阿秒超快光脈衝,頻譜涵蓋近紅外、可見光與極紫外或軟X-射線波段,適合凝態物質,包括生物材料的研究。



[ 4 ] 產學合作

(a) 應用於雷射精密加工之高尖峰功率光纖雷射之研發(虹竣科技、卓越光纖、國科會NSC, Sept. 1, 2010 - Aug. 31, 2013

材料與工件處理是雷射產業最重要的應用之一,我國的雷射加工產業最近蓬勃發展,最近固態照明與太陽能電池產業對高速晶片切劃(lase wafer scribing)的需求殷切,而雷射加工機的關鍵組件:雷射光源仍多由國外進口。目前,晶片劃片目前多採用紫外光雷射(355nm 266nm)。與虹竣科技、卓越光纖POFC 合作,我們提議研發先進的短脈衝、高功率Yb 光纖雷射,再經由非線性頻率轉換技術將之轉換至紫外光,以應用於雷射加工之用。光纖雷射規格分年達到平均功率 >10W, 尖峰功率 >10KW, 雷射脈寬 < 10 ps(第一年);平均功率>20W, 尖峰功率>100 KW, 雷射脈寬< 2 ps(第二年);平均功率>50W, 尖峰功率>250 KW, 雷射脈寬< 1 ps(第三年);倍頻與四倍頻效率分別達50%20%。我們亦將探討直接利用皮秒及次皮秒等級的近紅外雷射加工,如劃片的可行性。

(b)  Light Peak 技術用新穎光纖之研究(卓越光纖、科學工業園區研發精進產學合作計畫,Oct. 1, 2010 – Sept. 30, 2011

 市場上,光纖的應用正快速的由通訊擴大到電子產業,進入最重要也是銅質纜線力守的使用者端之電腦及消費性產品領域,為了及早掌握這個市場發展契機,本公司將以多年來,在開發光纖預型體、光纖絲以及光纜等產品,所累積的深厚技術為基礎,提出本項計畫;本計畫的目標在於完成開發一種全新的、能夠滿足應用於Light Peak及類似應用產品特性的專用高強度、耐彎曲多模光纖與光纜產品,並建立相關產品端性能驗證測試設備、標準與流程。主要的產品開發工作由卓越光纖公司負責完成,其中分為四項目標;第一、大纖(80um)低損失光纖預型體與GGP光纖抽絲製程開發,第二、低折射率層材料與結構的開發,第三、滿足應用850nm雷射波長時,達到高頻寬之光纖材料開發,第四、發展高機械強度、高可繞性光纖絲與纜線之製程技術。本計畫目標光纖產品則委託潘犀靈教授帶領之研發團隊,開發一套高效率的產品端性能驗證測試標準與流程,以作為未來本目標光纖產品量產時之品質檢測標準。


代表著作
  1. F. Ganikhanov, G. -R. Lin, W. -C. Chen, C. -S. Chang, and Ci-Ling Pan, “Subpicosecond carrier lifetimes in arsenic-ion-implanted GaAs,” Appl. Phys. Lett., vol. 67, No. 23, pp. 3465 - 3467, Dec. 4, 1995 (One of the first papers demonstrating the potential of GaAs:As+ as an ultrafast photoconductor, cited 51 times). See also, Gong-Ru Lin, Wen-Chung Chen, Shyh-Chin Chao, C.-S. Chang, Kaung-Hsiung Wu, T. M. Hsu, W. C. Lee, and Ci-Ling Pan “Material and Ultrafast Optoelectronic Properties of Highly Resistive Arsenic-ion-implanted GaAs,” IEEE J. Quantum Electron., Vol. 34, No. 9, pp. 1740 - 1748, September, 1998.

  2. Chi-Leun Wang and Ci-Ling Pan, "Tunable Dual-wavelength Operation of a Diode Array with an External Grating-loaded Cavity", Appl. phys. Lett. Vol. 64, No. 23, pp. 3089 - 3091, June 6, 1994 (Generic laser cavity design for collinear, linearly polarized, tunable dual-wavelength output, cited 37 times). See also, Ci-Ling Pan and Chi-Luen Wang, “A novel tunable dual-wavelength external-cavity laser diode array and its applications,” invited paper, Optical and Quantum Electronics Vol. 28, No. 10, pp. 1239 - 1257, October 1996.

  3. T. R. Tsai, C. Y. Chen, C.-L. Pan, R.-P. Pan and X.-C. Zhang, “THz Time-Domain Spectroscopy Studies of the Optical Constants of the Nematic Liquid Crystal 5CB,” Appl. Opt., Vol. 42, No. 13, pp. 2372-2376, May 2003 (The first THz-TDS studies of nematic liquid crystal and shows that birefringence of NLC at THz frequencies is as large as that in the visible, thus opening possibilities of applications of LC in THz photonics. The paper was cited 35 times, the highest cited paper for liquid crystal and THz to date). See also, Ru-Pin Pan, Cho-Fan Hsieh, Ci-Ling Pan, and Chao Yuan Chen, “Temperature-dependent optical constants and birefringence of nematic liquid crystal 5CB in the terahertz frequency range,” J. App. Phys., Vol. 103, No. 9, art. 093523, 1 May 2008.

  4. Chao-Yuan Chen, Tsong-Ru Tsai, Ci-Ling Pan, and Ru-Pin Pan, “Room Temperature Terahertz Phase Shifter Based on Magnetically Controlled Birefringence in Liquid Crystals,” Appl. Phys. Lett., Vol. 83, No. 22, pp. 4497-4499, December 1, 2003 (The first room-temperature tunable THz phase shifter, cited 30 times to date). See also related work, Chao-Yuan Chen, Cho-Fan Hsieh, Yea-Feng Lin, Ru-Pin Pan, and Ci-Ling Pan, “Magnetically Tunable Room-Temperature 2pp Liquid Crystal Terahertz Phase Shifter,” Opt. Express, Vol. 12, No. 12, pp. 2625-2630 June 14, 2004.

  5. Tze-An Liu, Masahiko Tani, and Makoto Nakajima, Ci-Ling Pan, “Ultrabroadband terahertz field detection by photoconductive antennas based on multi-energy arsenic-ion-implanted GaAs and semi-insulating GaAs,” Appl. Phys. Lett., Vol. 83, No. 7, pp. 1322-1324, August 18 2003. (broadest reported to date for antennas fabricated on ion-implanted materials, cited 21 times to date) see also, “Ultrabroadband terahertz field detection by photoconductive antennas based on proton-bombarded InP,” Opt. Express, Vol. 12, No.13, pp. 2954-2959, June 28, 2004.

  6.  Jia-Min Shieh, Zun-Hao Chen, Bau-Tong Dai, Yi-Chao Wang, Alexei Zaitsev, and Ci-Ling Pan, “Near-Infrared Femtosecond Laser-induced Crystallization of Amorphous Silicon, “Appl. Phys. Lett., Volume 85, Issue 7, pp. 1232-1234, August 16, 2004 (Demonstrated potential application of ultrafast athermal annealing for TFT applications, Taiwan patent, cited 19 times to date)..

  7. Chao-Kuei Lee, Jin-Yuan Zhang, J. Y. Huang and Ci-Ling Pan, “Generation of Femtosecond Laser Pulses Tunable from 380 nm to 465 nm via Cascaded Nonlinear Optical Mixing in a Noncollinear Optical Parametric Amplifier with a Type-I Phase Matched BBO Crystal,” Opt. Express, Vol. 11, No. 14, pp. pp. 1702-1708, July 14 2003 (Femtosecond laser pulses that are tunable from 380 to 460 nm are directly generated the BBO crystal,.Taiwan and US patents, cited 8 times to date).

  8. Wei-Jan Chen, Jhi-Ming Hsieh, Shu Wei Huang, Hao-Yu Su, Chien-Jen Lai, Tsung-Ta Tang, Chuan-Hsien Lin, Chao-Kuei Lee, Ru-Pin Pan, Ci-Ling Pan, and A. H. Kung, “Sub-Single-Cycle Optical Pulse Train with Constant Carrier Envelope Phase,” Phys. Rev. Lett., Vol. 100, art. 163906, April 25, 2008 (Attosecond pulses with bandwidth spanning from the near IR to XUV by phase locking seven Raman sidebands generated by molecular modulation in H2).

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