• 研究領域 I : 超快雷射技術與雷射電漿交互作用實驗與模擬

(1) 二極體激發摻鐿高能雷射系統開發

本實驗室致力於開發兆瓦級功率、超短脈衝之再生放大器(regenerative amplifier)以運用於架設次兆瓦雷射尾流場電子加速器。結合啁啾脈衝放大技術(chirped-pulse amplification, CPA)與二極體擊發固體雷射放大器，可望在光學桌上產生高尖峰功率高重複率短脈衝雷射系統。以此雷射系統可用於許多新穎的研究上，如兆瓦雷射尾流場電子加速器(sub-terawatt LFWA)、高次諧波產生(high-order harmonic generation)及脈衝雷射沉積(pulsed laser deposition) 。

(2) 電漿粒子模擬與GPU平行運算

利用電漿粒子體模擬(Particle-in-Cell Simulation)分析雷射脈衝與高密度氣靶的交互作用，研究其中傳遞時所發生的自聚焦效應(Self-focusing effect)與自我調變機制(Self-modulation instability)、雷射脈衝所激發的電漿波震幅、雷射脈衝於電漿傳播時游離氣體離子的過程與游離誘導電子注入機制(Ionization-induced injection)，以及尾流場(Wakefield)所含加速梯度強度、加速電子的空間分佈與能譜等特性，有助於了解複雜的雷射電漿交互作用，更可有效的改進雷射尾流場電子加速實驗之結果。

(3) 雷射尾流場電子加速實驗

使用比以往10 TW等級雷射脈衝驅動之雷射尾流場( laser wakefield acceleration, LWFA)更低的雷射尖峰脈衝功率來產生加速電子束在發展電子治療計畫(flesh therapy)、高重複率LWFA、X光微影等應用時是一個更節省成本的途徑。本研究主旨即發展次毫米尺度高密度之氮氣氣靶，並研析引入僅一兆瓦甚至是次兆瓦尖峰功率的雷射脈衝驅動下所產生的電子束特性。
本實驗室使用40  fs、1  TW、波長為810 nm的雷射脈衝聚焦至以20 psi背壓充入氮氣的450微米長之高密度氮氣氣腔，產生> 5×1019 cm-3的電子密度以實現數兆瓦雷射尾場加速機制(few-TW laser wakefield acceleration, few-TW LWFA)產生10MeV等級、> 50 pC的電荷量之電子射束。後續結合新興的高重複頻率二極體激發雷射以提高電子束的平均電流，發展電子治療計畫(flesh therapy)、高重複率LWFA、X光微影等應用的可能性。

• 研究領域 II : 中子、電子與加馬光量測並與BNCT系統之應用

(1) 以瞬發加馬光量測系統進行質子射程驗證
(A deconvolution method for estimating proton range from measured intensity distribution of prompt gamma rays)

質子治療時質子射程的精確度將大幅影響了治療成效及對正常組織的傷害，因此本實驗室發展了質子射程量測系統，在質子進行照射時，量測隨深度分佈之瞬發伽瑪光訊號，並發展演算法回推瞬發加馬光隨空間變化之強度分佈，以此進行質子射程驗證，此方法將來可於質子治療的同時監控質子射束位置，確保質子射程位置，確保治療效果與減輕正常組織之影響。

(2) 快中子飛行時間能譜量測技術 Neutron spectrum measured by neutron time-of-flight technique
Development of a Double Scatter Time-of-Flight Technique for Fast Neutron Spectroscopy

由於中子不帶電的特性，中子仍是目前在輻射度量領域持續研究的題目，本實驗室發展快中子飛行時間能譜量測技術，利用中子飛行速度與其能量相關之特性，量測中子射源產生出的伽瑪光作為時間起始點，並在特定距離處擺放中子偵檢器，量測中子飛行時間推算中子飛行速度推算中子能量，並結合Geant4 蒙地卡羅模擬程式對偵檢器效率進行修正，以此準確計算出中子能譜，已成功量測Cf-252及AmBe中子射源，將來可應用於反應器與加速器中子源

(3) 快中子能譜反解技術(Neutron spectrum unfolding)

加速器產生的快中子可應用在安全防護及硼中子捕獲治療(boron neutron capture therapy, BNCT)上 ，因此發展準確量測快中子能譜的技術十分重要。本實驗室致力於發展能譜反解技術(spectrum unfolding)，將EJ-309有機閃爍體偵檢器量測到的光輸出能譜(light output spectrum)透過演算法(algorithm)反解出快中子。目前實驗室已使用Python 3程式語言實現多種演算法，包含原理為迭代的GRAVEL、最大熵的MAXED及鳥群社會行為的SDPSO，並利用此技術反解252Cf、241AmBe中子能譜。未來規劃將此技術應用於反解加速器產生的快中子能譜。

(4) 平板型游離腔發展與電子劑量量測

有鑑於放射治療技術的蓬勃發展，使用高劑量率的射束(FLASH Therapy)及超高能電子射束(VHEE)有望成為新興的放射治療技術，對於這些非常規之射束，需重視其精確劑量量測的系統發展。本實驗室致力於發展自製平板型游離腔，透過設計、製作、校正以及各項性能測試以掌握平板型游離腔之結構與特性。此外，亦發展電流量測系統，包含相關電路之製備以及撰寫電腦控制程式來實現電流之量測與紀錄，並針對電子劑量進行研究。未來可透過調整結構等相關研究測試，將平板型游離腔應用於FLASH Therapy或VHEE之劑量量測技術發展。 

(5) 以閃爍體量測質子射程

在質子治療中，品保(Qaulity Assurance,QA)為確認質子射束品質的流程，由於需頻繁執行，因此發展如何快速完成品保成為一大課題。本實驗室利用閃爍體與質子作用，質子在閃爍體中的沉積能量(劑量)可使閃爍晶體放光，其放光強度遵守Birk's law，因此藉由量測質子在閃爍體內之放光分佈，可推算出質子百分劑量分佈與質子射程，此方法可加快醫院中品保的速度，也可用於質子加速器實驗設施之質子能量、橫向截面分佈等參數量測。

(6) 半導體熱中子偵測器

以濺鍍製程在矽晶圓上鍍上含硼之薄膜，量測熱中子與硼作用後產生之帶電粒子，並設計適配電路，目標為自行發展半導體熱中子偵檢器，將來可應用於BNCT之中子射束監控系統。

• 研究領域 III : 半導體薄膜製程與光電偵測器
  本實驗室與中央研究院原子與分子科學研究所合作，以電漿輔助化學氣相沈積(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)技術，在矽晶圓上鍍上低粗糙度的高品質鍺薄膜，製造鍺薄膜光偵測器。