研究內容
光學與光源技術組
生醫拉曼影像
本研究團隊致力於開發前瞻生醫影像技術。傳統的「自發拉曼技術」（Spontaneous Raman techniques）雖能透過光散射測定化學鍵結，提供分子鑑別的特徵指紋，但散射訊號極為微弱，長期存在量測時間過長、難以觀測動態系統的瓶頸。
為解決此難題，本研究團隊採用「同調拉曼散射技術」（Coherent Raman techniques），其訊號強度較傳統技術提升約八個數量級。此技術具備非侵入式、無須螢光標定等優勢，能有效克服螢光分子在長時間激發下導致的訊號淬滅（Photobleaching）問題，目前已廣泛應用於生物組織成像。
生醫拉曼影像
本研究團隊致力於開發前瞻生醫影像技術。傳統的「自發拉曼技術」（Spontaneous Raman techniques）雖能透過光散射測定化學鍵結，提供分子鑑別的特徵指紋，但散射訊號極為微弱，長期存在量測時間過長、難以觀測動態系統的瓶頸。
為解決此難題，本研究團隊採用「同調拉曼散射技術」（Coherent Raman techniques），其訊號強度較傳統技術提升約八個數量級。此技術具備非侵入式、無須螢光標定等優勢，能有效克服螢光分子在長時間激發下導致的訊號淬滅（Photobleaching）問題，目前已廣泛應用於生物組織成像。
此外，本研究團隊與「腦科學中心」緊密合作，利用創新開發的「多盤式超連續光譜」（Multi-plate continuum, MPC）技術，產生涵蓋 600 至 1300 nm 的超寬頻光源。該光源具備高光譜能量密度，並可透過濾光片精確調控工作波長與頻率差。基於此新穎光源，我們正深入研究記憶生成等關鍵生命科學議題。
高重複率瞬態吸收光譜
分子獨特的轉動與振動共振頻率可視為其化學指紋，透過量測靜態吸收頻譜即可鑑定樣品成分。然而，若要解析化學反應過程中分子的狀態演變，必須具備極高的時間解析度。
本研究團隊利用「激發-探測」（Pump-probe）量測法，捕捉樣品瞬時吸收頻譜的細微變化，從而推導分子演變或形變的動力學過程。搭配本團隊研發之 MPC 超連續白光光源，經色散補償（Dispersion compensation）技術壓縮後，脈衝寬度可達 5 飛秒（fs）以下。此卓越的時間解析度使我們能夠觀測極高速的分子動態。目前，本團隊已成功將此技術應用於鈦藍寶石雷射系統，並精確量測出新穎太陽能材料——鈣鈦礦（Perovskite）的穿透光譜動態。
微加工
因應電子產品微小化與半導體前瞻製程的需求，本研究團隊深耕飛秒雷射微加工（Micro-machining）領域。飛秒雷射因脈衝時間極短，能顯著抑制熱累積效應（Heat-affected zone, HAZ），其加工精度遠優於傳統奈秒或皮秒雷射。
根據本團隊的實驗對比，300 fs 脈衝加工仍會因熱累積導致鑽孔周邊出現隆起或龜裂；而採用 50 fs 脈衝時，反應僅侷限於雷射作用區域，能實現近乎完美的精密加工。本研究團隊將持續優化超快雷射參數，為半導體製程提供更高效、更精準的加工解決方案。
Nonlinear Pulse Compression
透過非線性光學效應（nonlinear optical effects），脈衝雷射的頻譜可以被有效展寬，使其涵蓋更寬廣的頻率範圍。再經由精確補償各頻率成分之間的相位差，例如利用色散補償元件或脈衝壓縮技術，便能將雷射脈衝的時間寬度進一步縮短至飛秒甚至次飛秒尺度。這種結合頻譜展寬與相位控制的技術，是產生極短雷射脈衝的關鍵方法之一。超快雷射技術與應用實驗室（ULTRA LAB）專注於開發極短脈衝雷射的產生與控制技術，研究內容涵蓋非線性頻譜展寬、脈衝壓縮以及新型超快光源的設計與實現。
Mid-infrared Generation and Application
中紅外光（mid-infrared, MIR）光譜區域常被稱為「分子指紋區」（molecular fingerprint region），因為多數分子的振動躍遷都位於此波段，使得中紅外光能夠提供高度選擇性的化學與分子結構資訊。因此，中紅外光譜技術在化學分析、材料鑑定、環境監測以及生醫檢測等領域中具有極為重要的應用價值。
除了光譜學之外，中紅外超快雷射亦逐漸展現出在精密半導體材料加工上的潛力。由於中紅外光能有效耦合材料中的振動模式，中紅外雷射可用於選擇性鍵結激發、低熱影響加工，以及新型微奈米結構製作，為先進製造與光電技術帶來新的可能性。
當中紅外光與超短脈衝雷射技術結合時，其應用範圍更進一步拓展至超快光譜研究。透過中紅外超快光譜量測，研究人員可以在飛秒時間尺度上直接觀測分子振動、能量轉移與電荷動態等過程，為理解光與物質交互作用提供重要工具。
