拉曼光譜學和積體光學

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拉曼光譜學和積體光學之间的区别

拉曼光譜學 vs. 積體光學

拉曼光譜學是用來研究晶格及分子的振動模式、旋轉模式和在一系統裡的其他低頻模式的一種分光技術。拉曼散射為一非彈性散射，通常用來做激發的雷射範圍為可見光、近紅外光或者在近紫外光範圍附近。雷射與系統聲子做交互作用，導致最後光子能量增加或減少，而由這些能量的變化可得知聲子模式。這和紅外光吸收光譜的基本原理相似，但兩者所得到的數據結果是互補的。 通常，一個樣品被一束雷射照射，照射光點被透鏡所聚焦且通過分光儀分光。波長靠近雷射的波長時為彈性瑞利散射。 自發性的拉曼散射是非常微弱的，並且很難去分開強度相對於拉曼散射高的瑞利散射，使得得到的結果是光譜微弱，導致測定困難。歷史上，拉曼分光儀利用多個光柵去達到高度的分光，去除雷射，而可得到能量的微小差異。過去，光電倍增管被選擇為拉曼散射訊號的偵測計，其需要很久的時間才能得到結果。而現今的技術，帶阻濾波器 (notch filters) 可有效地去除雷射且光譜儀或傅立葉變換光譜儀和電荷耦合元件 (CCD) 偵測計的進步，在科學研究中，利用拉曼光譜研究材料特性越來越廣泛。 有很多種的拉曼光譜分析，例如表面增強拉曼效應、針尖增強拉曼效應、偏極拉曼光譜等。. 積體光學（Integrated Optics or Photonic integrated circuit），概念上，是利用半導體製程將光學元件如、開關、分光器等等，直接製作在一個積體電路裡面，變成一個緊緻的光電積體電路元件。相對於電子積體電路是傳遞電子，積體光學元件主要是傳遞可見光或是紅外線波段的光學訊號，而線路中各元件的連接，是由光波波導完成。這種小型化、穩定性高的積體光學元件將在光電通訊系統中發揮越來越大的作用，對光電工業的發展產生深遠的影響。 光電積體元件在商業量產上，主要是以磷化銦為製作用的三五族半導體材料。 此類材料可以將許多的光學主動或是被動功能生長製作在同一塊晶片上。最初的光學積體電路範例，分散式布拉格反射器雷射，僅僅簡單的包含兩個部分：一個增益區與一個分散式布拉格反射器共振腔區。隨後的所有現代單晶片可變波長雷射（monolithic tunable laser）、廣範圍可變波長雷射（widely tunable laser）、外加調制雷射 （externally modulated lasers）、電磁發射器（transmitters）、積體接收器（integrated receivers）等等，都成為光學積體電路的典型範例。現行的高品質光學積體電路元件可以在一片小小磷化銦晶片上整合數以百計的光學功能。 近年來，已經有大量資金投入矽晶圓光學積體電路開發。在2005年開始，已經發現利用矽材料的頻帶能隙做非直接光譜躍遷，可以在矽晶圓上製作雷射元件，利用拉曼非線性光譜機制而發出雷射光線 。這類的矽晶光學積體電路雷射元件無法直接以電流驅動產生雷射光，須由外加雷射光源驅動。目前最前瞻的光學積體電路開發作業，據信大多集中在位於美國的貝爾實驗室。而學術研究方面，在磷化銦晶片光學積體電路上為人注目的整合研究單位則有美國加州大學聖塔芭芭拉分校（University of California at Santa Barbara, USA）與荷蘭恩何芬理工大學（Technische Universiteit Eindhoven）。 於2014-2015年，隨著資料量的增加，數據中心的需求，以及form factor的縮小，積體光學中的矽光積體電路(Silicon photonics)需求增加。同時英國，比利時，美國，新加玻國家實驗室及公司也相繼支持矽光積體電路的設備投入。近年各foundry以multi-project wafer (MPW)方式降低進入門檻，也支持了許多科學計畫和機體光學新創公司的發展。應用面涵蓋傳統的長距離及都會通訊(long haul and metro)，數據中心傳輸(data center)，以及其他消費性電子產品(consumer electronics)。 在台灣，1983年國立台灣大學電機工程學系成立積體光學研究室，王維新教授主持，合作者有李偉裕教授，莊為群教授，王子建教授等，持續在此領域研究。.

可见光

可見光（Visible light）是電磁波譜中人眼可以看見（感受得到）的部分。這個範圍中電磁輻射被稱為可見光，或簡單地稱為光。人眼可以感受到的波長範圍一般是落在390到700nm。對應於這些波長的頻率範圍在430–790 THz。但有一些人能够感知到波长大约在380到780nm之间的电磁波。正常视力的人眼对波长约为555nm的电磁波最为敏感，这种电磁波处于光学频谱的绿光区域。.

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红外线

红外线（Infrared，简称IR）是波长介乎微波与可见光之间的电磁波，其波長在760奈米（nm）至1毫米（mm）之間，是波長比紅光長的非可見光，對應頻率約是在430 THz到300 GHz的範圍內。室溫下物體所發出的熱輻射多都在此波段。 红外线是在1800年由天文學家威廉·赫歇爾發現，他發現有一種頻率低于紅色光的輻射，雖然用肉眼看不見，但仍能使被照射物體表面的溫度上昇。太陽的能量中約有超過一半的能量是以红外线的方式進入地球，地球吸收及發射紅外線輻射的平衡對其氣候有關鍵性的影響。 當分子改變其旋轉或振動的運動方式時，就會吸收或發射紅外線。由紅外線的能量可以找出分子的振動模態及其偶極矩的變化，因此在研究分子對稱性及其能態時，紅外線是理想的頻率範圍。紅外線光譜學研究在紅外線範圍內的光子吸收及發射。 红外线可用在軍事、工業、科學及醫學的應用中。紅外線夜視裝置利用即時的近紅外線影像，可以在不被查覺的情形下在夜間觀察人或是動物。紅外線天文學利用有感測器的望遠鏡穿透太空的星塵（例如分子雲），檢測像是行星等星體，以及檢測早期宇宙留下的紅移星體。紅外線熱顯像相機可以檢測隔絕系統的熱損失，觀查皮膚中血液流動的變化，以及電子設備的過熱。红外线穿透云雾的能力比可见光强，像紅外線導引常用在飛彈的導航、熱成像儀及夜視鏡可以用在不同的應用上、红外天文学及遠紅外線天文學可在天文學中應用红外线的技術。.

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