DSpace community: 光電科學與工程學系

雙曲型超穎材料傳播模態量子化之研究;A Study on the Quantization of Propagation Modes in Hyperbolic Metamaterials

Mon, 27 Jul 2026 07:28:44 GMT

title: 雙曲型超穎材料傳播模態量子化之研究;A Study on the Quantization of Propagation Modes in Hyperbolic Metamaterials abstract: 近二十年來，超穎材料在電磁與光學領域掀起重大變革，其中以雙曲型超穎材料（hyperbolic metamaterials, HMMs）最具代表性。HMM 的等效介電張量在不同主軸方向可能呈現相反符號，因而形成開放式的雙曲色散關係，產生高-k 模態、非傳統能量傳播與特殊的電磁態密度結構。這類特性，使 HMM 成為超解析成像、螢光工程、熱輻射控制與量子光學等領域的重要平台。然而，現有研究多半著重於經驗模型或半經驗性分析，對於「兼顧色散、耗散與實際結構效果」的完整理論描述仍有空缺。特別是在量子層次上，如何對 HMM 的體傳播模態與表面模態進行自洽量子化，並建立其準粒子（quasiparticle）框架，是目前尚未充分解決的關鍵問題。本計畫旨在系統建構一套適用於 HMM 的量子化理論。研究將從申請人既有的能量密度與有效電動力學成果出發，針對體模態與表面模態，建立其拉氏函數與哈密頓量描述，進而進行正則量子化。這樣的做法不僅能揭示模態能譜、群速度與壽命等性質，也可自然連結至實際可測的輻射與能量轉移現象。在面對 HMM 的損耗問題時，本計畫將引入輔助場與熱浴模型，於擴展希爾伯特空間中保持哈密頓量的厄米性，讓耗散效應被正確納入，而非僅視為微小擾動。藉由此一架構，可探討局部態密度、自發輻射速率、輻射取出效率與近場能量轉移等重要物理量如何隨材料參數與幾何條件而變化。研究內容大致分為三個主軸。首先，針對體傳播模態，發展涵蓋任意偏振與傳播方向的準粒子描述，使傳統 plasmons 與 polaritons 成為特例。其次，探討 HMM 與其他介質界面所形成之表面模態，建立其量子化框架並分析與體模態之關聯。最後，在上述理論基礎上，全面納入耗散與有限尺寸效應，處理高-k 模態可能造成的發散與非物理行為。本計畫預期貢獻在於：一、提出一套兼顧色散與耗散的 HMM 量子化理論；二、建立統一的準粒子視角，以說明體／表面模態與輻射之間的交互作用；三、提供未來奈米光學與量子光子元件設計所需的基礎理論工具。儘管本研究不直接著墨於立即應用，但所發展之方法與觀念，將為後續跨領域合作與元件實作奠定重要理論基礎。

應用於 AR 光導之高像質 VHOE 透鏡陣列：基於 VOHIL 模型之收縮預測、診斷與逆向波前補償技術;High Image Quality Vhoe Lens Arrays for Ar Lightguides: Shrinkage Prediction, Diagnosis, and Inverse Wavefront Compensation Based on Vohil Model

Mon, 27 Jul 2026 07:28:36 GMT

title: 應用於 AR 光導之高像質 VHOE 透鏡陣列：基於 VOHIL 模型之收縮預測、診斷與逆向波前補償技術;High Image Quality Vhoe Lens Arrays for Ar Lightguides: Shrinkage Prediction, Diagnosis, and Inverse Wavefront Compensation Based on Vohil Model abstract: 一、研究背景與動機隨著元宇宙（Metaverse）與擴增實境（AR）技術的飛速發展，近眼顯示器（NED）作為下一世代資訊交互的關鍵介面，其市場需求已從早期的「高效率顯示」提升至「視網膜級（Retina-level）高畫質」。在眾多光學方案中，體積全像光學元件（VHOE）結合光導技術，因具備輕薄外觀、高透明度與波長多工能力，被視為主流技術路徑。然而，VHOE 在邁向高像質（IQ）透鏡陣列的過程中面臨嚴峻挑戰：光聚合反應所導致的「材料收縮」。這種非均勻的全域變形會破壞布拉格條件，引入嚴重的波前像差（如像散、彗差），導致影像模糊與鬼影。現有的理論工具（如 Kogelnik 或 RCWA）因受限於週期性假設與缺乏相位資訊，無法準確預測此類非線性形變，致使製程長期陷入無法收斂的試錯循環，成為產業量產的最大瓶頸。二、核心技術與研究方法本計畫旨在打破上述僵局，建立一套「預測—補償—驗證」的精準製造閉環系統，將 VHOE 製程從經驗導向提升為可計算的工程方法。本計畫提出五大核心創新方法：基於 VOHIL 理論之收縮預測與反向補償：利用孫慶成教授獨創的 VOHIL 理論，將收縮視為「有效波前的扭曲」而非單純的光柵參數擾動。結合有限元素法（FEM）建立材料收縮模型，計算出「反向預補償相位」，並透過空間光調製器（SLM）在曝光紀錄階段載入此相位。此方法能讓材料在收縮後「自動歸位」至理想的無像差狀態。擴瞳光導波動模擬器開發：自主開發基於離軸角頻譜傳播法（Off-axis ASP）與二次繞射逆向扣除技術（DBS）的模擬器。此工具能處理大面積相干光場的系統級傳遞，解決現有商業軟體無法進行系統級 IQ 分析與運算量過大的問題。三維光學繞射斷層掃描（ODT）檢測：建置 ODT 系統，以非破壞性方式重建 VHOE 內部的 3D 折射率分佈。這使得研究團隊能直接「看見」光柵內部的變形與缺陷，為模擬模型提供真實的回饋參數，落實「模擬—製作—檢測」的修正迴圈。進階材料 PQ/PMMA 與角度多工：導入低收縮率的 PQ/PMMA 材料製作光場角度選擇器，並利用角度多工技術在同一位置紀錄多組光柵，以拼接方式大幅擴增視場角（FOV）。雙 VHOE 色散互補償架構：設計串聯式 VHOE 系統，利用正負光焦距匹配原理，使兩片 VHOE 的色散與像差相互抵銷，解決全彩顯示中的色散模糊問題。三、預期效益與影響本計畫預計在三年內完成從理論模型建構、模擬器開發到高像質 AR 原型機實作的完整進程。學術上，將建立國內首套自主的 VHOE 波動光學模擬與收縮補償模型，深化繞射理論研究；產業上，將解決 VHOE 量產中最棘手的像差控制與良率問題，提供標準化的製程檢測解決方案。本計畫將協助台灣光學產業從傳統元件製造升級至高附加價值的 AR 光學系統設計，為次世代顯示技術的競爭奠定堅實基礎。

照明光譜藍光占比對使用者專注度之影響研究(II);The Influence of Blue-Light Proportion in Lighting Spectrum on Users' Concentration (II)

Mon, 27 Jul 2026 07:28:32 GMT

title: 照明光譜藍光占比對使用者專注度之影響研究(II);The Influence of Blue-Light Proportion in Lighting Spectrum on Users' Concentration (II) abstract: 本計畫從人因科技的觀點切入，探討室內照明的藍光占比對使用者專注度的影響，將結合問卷調查與腦波量測，進行專注度的主觀與客觀評估。所獲得的實驗成果，預期可作為建構智慧照明調控模型的基礎。此項照明人因工程的研發及其後續應用，不僅有助於培養跨領域研發人才，亦可強化我國在智慧照明系統整合方面的研發實力。

極寬能隙半導體β-Ga₂O₃/MoS₂ Type-II異質結構之材料特性及抗輻射元件應用;Material Properties and Radiation-Hard Device Applications of Ultra-Wide Bandgap Β-Ga₂O₃/ Mos₂ Type-Ii Heterostructures

Mon, 27 Jul 2026 07:28:28 GMT

title: 極寬能隙半導體β-Ga₂O₃/MoS₂ Type-II異質結構之材料特性及抗輻射元件應用;Material Properties and Radiation-Hard Device Applications of Ultra-Wide Bandgap Β-Ga₂O₃/ Mos₂ Type-Ii Heterostructures abstract: 本計畫「極寬能隙半導體 β-Ga₂O₃/MoS₂ Type-II異質結構之材料特性及抗輻射元件應用」旨在發展新型極寬能隙薄膜材料β-Ga₂O₃與抗輻射半導體元件製程技術。計畫之核心亮點在於整合高能脈衝磁控濺鍍技術與液態金屬靶材製程技術，並結合二維材料 MoS₂，建構具備高能隙、高穩定性之 β-Ga₂O₃/MoS₂異質結構抗輻射元件，屬於兼具材料創新與元件應用潛力之新型鍍膜與元件技術。本研究以未來可應用於人造衛星與極端輻射環境電子系統之半導體元件為發展目標，透過本研究團隊自主開發之低溫脈衝磁控濺鍍磊晶系統，建立可於較低製程溫度下成長高品質 β-Ga₂O₃ 薄膜之濺鍍磊晶製程，期望在材料品質、薄膜均勻性及製程穩定度上達到具備商業化潛力之水準，並提升其可量產性，以增進未來產業應用與市場競爭力。本計畫除持續推動新型極寬能隙材料與異質結構製程研究外，亦重視研究成果之實用性，透過與產業界保持密切互動與技術交流，逐步將研究成果導入實際應用，為我國高可靠度抗輻射半導體元件技術奠定基礎。