～ 光电所参与欧洲 European Master of Science in Photonics (EMSP) 硕士双学位计划 系列报导 ～

【之六】

撰文：光电所硕士班 陈以佳

开学后的日常生活

上一篇文章分享了我们在开学前去德国的游记，让这段留学生活有了好的开始。但快乐的时光总是过得特别快，随着9月中旬开学，生活节奏瞬间切换到「战斗模式」。关于EMSP计划的课程，即便已有经过抵免，还是需要在这一年修满30 ECTS学分的课程加上30 ECTS学分的硕士研究及论文撰写。在先前的文章里分享过课程包含两个部分（课堂Project、期末考试），非常扎实，依照个人安排也会决定上下学期哪个loading比较重。举例来说，我修习的其中一堂实验课会实际操作无尘室里的机台，因此课前助教会详细说明注意事项，也会确认大家有做课前预习。而在实验室方面，初期我是使用计算机进行PIC组件设计与仿真，后期要验证自己设计芯片的效能，就要每天去现场面对这些精密光学系统。这种高强度的学习日常让中午的我们都必须饱餐一顿才行。

说到比利时的学餐，真的只能用「一言难尽」来形容。从学校的电子菜单看起来，有鱼排、鸡柳、咸派，价格大概在5欧元上下，以欧洲物价来说确实便宜到没话说，但那个味道……嗯，大家看实拍照应该就能感受到那种「不符合台湾胃」的感觉，基本上就是为了填饱肚子、补充热量用的，对于习惯台湾美食的我来说，吃久了真的会感觉人生失色。

为了弥补午餐的空虚，「回家煮饭」就成了我们每天最重要的救赎。虽然课业很重，但下课后去超市采买、回家开火煮饭，反而变成一种疗愈。我很爱喝汤，喜欢煮热腾腾的汤面（图五是西红柿牛肉清汤面），再撒上大把的青葱或香菜，那种香气让我感觉自己活过来了！同时附上其它几道招牌菜，代表我大幅提升的厨艺。

另外想跟大家分享的是欧洲的咖啡文化。欧洲人对咖啡的需求真的极高，大街小巷随处可见很有温度的独立咖啡厅。在这边要买到划算的家用咖啡机或各种风味的豆子其实非常容易，不管是想喝深焙还是带果酸的浅焙都有。图九是我调的一杯冰拿铁，当时被那个渐层色泽惊叹到舍不得喝，发到限时动态上还有人以为我在拍店家的咖啡照打卡呢！

最后，留学生活当然不能只有读书跟煮饭。虽然大家平常都被实验追着跑，但偶尔还是要跟同学聚聚。下方照片是某天我们EMSP计划的三位台湾同学和比利时在地同学，还有另一位尼泊尔同学晚上在布鲁塞尔小聚的合照。布鲁塞尔的夜晚真的很有味道，古老建筑在灯光下显得特别壮观。大家聚在一起，话题从学校作业的难度跳到彼此国家的文化差异，这种跨国界的交流其实就是留学最精华的部分。虽然我们来自不同的背景，但此刻都在这座城市为了未来打拼，这种革命情感真的很难得。

其实开学后的生活就是这样：在枯燥的实验数据与不太好吃的学餐之间，努力寻找像手冲咖啡或自炊美食这样的小确幸。虽然比起开学前的旅行少了一份轻松，但也多了一份脚踏实地的充实，这也算是另类成长的体验吧！【精彩内容，下期待续～】

撰文：光电所硕士班 林宇凡

欧洲留学生的圣诞节观察

如果说在台湾一年中最重要的节日是春节，那么来到欧洲，这份地位毫无疑问地属于圣诞节。这里的圣诞气氛浓郁到近乎「物理性」的存在，空气中总是飘散着肉桂与焦糖的香气。首先，各个城市必备的标配就是圣诞市集；其次，就是身边那些彷佛集体蒸发的同事或同学们。

先谈谈这场持续整整一个月的「市集嘉年华」。在11月底，当第一波寒流刚过，圣诞市集便会陆续开张。传统上，市集会在圣诞夜当天收摊，让工作人员回家团聚；但现代的市集似乎为了「捞」更多观光客的钱，很多都会一路强撑到元旦甚至更久。

圣诞市集的商品结构很有趣，既丰富也极度重复。说丰富，是因为在那里你可以获得味蕾上的满足：一杯热红酒（Mulled Wine）暖手，配上一份刚出炉的脆薯、热狗堡或是裹着糖粉的甜甜圈，甚至还有琳琅满目的胡桃钳木偶、手工铃铛与各式精巧的小马厩。但说重复，则是当你走过三个城市后，就会发现它们卖的东西几乎如出一辙。在这点上，我所在的根特（Ghent）算是稍微争气一点，除了传统工艺品，还能看到大量的啤酒，甚至混入了一些煎饺、韩式炸鸡等亚洲元素。尽管看着那些食物昂贵的定价，我理智上知道那溢价高得吓人，绝对不会下手购买，但每当深夜经过，还是会被那暖黄色的灯光与人潮勾住脚步。

然而，随着圣诞脚步越近，你会发现身边的本地人消失得越快。他们去哪了呢？多半是背起行囊，奔向欧洲各地更著名的圣诞市集去了。对欧洲人而言，圣诞节不仅是家庭团聚的时刻，更是年度旅游大季，许多人会早早请好长假，彻底将工作抛诸脑后。看着系上教授的身影越来越少，邮件回复的速度也逐渐降至冰点，我心里其实五味杂陈。

对身为留学生的我来说，这一切实属尴尬。因为遗憾的是，圣诞假期后马上迎来的就是期末考周。这意味着我们必须在「彻底放松感受异国氛围」与「焚膏继晷准备考试」之间做一场艰难的二选一。你问我最后选了什么？那就任君想象了，毕竟，谁不希望在冷飕飕的期末考前，能多留一点关于冬日节庆的美好回忆呢？【精彩内容，下期待续～】

A New Fast-Response VA-FFS LC Device Using Three-Electrode Design with Improved Transmission for VR Applications

Professor Wing-Kit Choi

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 蔡永杰教授

We have proposed a new three-electrode VA-FFS liquid crystal device structure that improves optical transmission while maintaining the fast response required for VR/AR display applications.

Liquid crystal devices with very fast response time are important for applications such as virtual reality (VR) and augmented reality (AR) displays, where high-speed operation is required. In this work, we propose a new design to enhance the optical transmission of fast-response VA-FFS (Vertically Aligned Fringe-Field Switching) liquid crystal devices while maintaining their fast switching characteristics.

In conventional 3D VA-FFS structures, disclinations or “virtual walls” often appear near the center of the pixel, which can reduce the brightness of the switched state. To address this issue, we introduce a three-electrode design that generates additional fringing electric fields to help switch LC molecules in the central region of the pixel.

Simulation results show that the proposed design can effectively reduce the dark disclination region and improve the transmission of the device while maintaining the fast response characteristics of VA-FFS LC modes. These results suggest that the proposed structure provides a promising approach for high-speed liquid crystal devices used in VR/AR display systems.

Reference:

[1] W.K. Choi, B.K. Tseng, and C.H. Tung, “A New Fast-Response VA-FFS LC Device Using Three-Electrode Design with Improved Transmission for VR Applications,” SID Symposium Digest of Technical Papers, pp. 2111–2113, 2025.

Deep Learning for Retinal Lesion Detection in Multimodal Ophthalmic Imaging

Professor Hsiang-Chieh Lee

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 李翔杰教授

This study introduces a high-performance deep learning framework for the automated detection and classification of retinal lesions, with a specific focus on myopic choroidal neovascularization (mCNV). Distinguishing between active and inactive mCNV is vital to preventing irreversible vision loss, yet traditional diagnostic methods such as fluorescein angiography are invasive and time-consuming. The proposed methodology leverages a multimodal approach by integrating Optical Coherence Tomography (OCT) and OCT Angiography (OCTA) images, providing both structural and functional retinal insights. To address the limitations of conventional Convolutional Neural Networks (CNNs) in capturing long-range dependencies, the framework adopts a Swin Transformer architecture featuring a hierarchical shifted-window design. Preliminary results using a VGG16 architecture on single-modality OCT data demonstrate a testing accuracy of 92%, a precision of 89%, and an AUC of 93%. Grad-CAM visualizations confirm the model's ability to accurately localize lesion-related regions. The research concludes that transitioning to a Swin Transformer-based multimodal system will significantly enhance diagnostic robustness and clinical utility. This work highlights the potential of integrated multimodal learning to support large-scale ophthalmic screening and clinical decision-making.

— 资料提供：影像显示科技知识平台 (DTKP, Display Technology Knowledge Platform) —

— 整理：林晃岩教授、郭权锋 —

扭曲光纤之光子陈绝缘体

基于固态陈绝缘体（Chern insulator）的光子拓扑结构，能使光仅沿其边界单向传输，因而在本质上能对抗由缺陷所引起的散射与局域化。如今，一种光子版本的陈绝缘体已在复杂的多芯光纤中得以实现。

拓扑光子学的潜力在于提升奈米与微结构材料对于缺陷的抗性。由于光子超颖材料多为人工制备，缺陷与不完美结构在所难免，且几乎总会削弱组件功能。若能有效减轻这些影响，即使在放宽严苛的制程限制并降低成本的情况下，组件性能仍可显著提升。在此方面，光子陈绝缘体结构展现出最为突出的前景：由于这些基于晶格的组件仅允许光沿边界单向传播，任何缺陷皆不会导致寄生散射，无论是逆向散射（因不存在逆向传播模态）或散射至二维体相（Two-dimensional bulk）（由于存在体相光子能隙）。

然而，在实现光子陈绝缘体的过程中存在一项经典挑战：其必须打破时间反演对称性，亦即马克士威互易定理（Maxwell reciprocity）。在固态电子系统中，这一点相对简单：由于电子为带电粒子，只需将其置于磁场中即可（此时顺时针与逆时针运动不再等价）。但对光子而言，情况并非如此。一种方法是利用铁氧体杆构建光子晶体，藉由磁场响应来破坏互易性。另一种方法则是构建复杂的介电波导数组，使其在傍轴近似下运作，即光主要沿着波导轴向（z轴）传播。在此情境下，轴向可视为时间坐标，意味着仅需打破z轴反演对称性。在这种情况下，结构中的手性可使其在横向（截面）平面上成为光子的有效陈绝缘体。

近期，Roberts及其合作者展示了透过拉制并扭转光子晶体光纤（即复杂的多芯光纤）结构，可以在横向平面上实现光子陈绝缘体（见图一）[2]。该光纤由一个二维核心晶格构成，各核心之间透过渐逝耦合（Evanescently coupled）相互作用，使光能在相邻核心间跃迁。作者透过对输出端面光场的空间特性进行表征，证明光保持局限于边界并沿手性边界态方向传播。他们亦对光纤几何结构进行了广泛的数值与理论分析，所得预测与其实验结果高度一致。

所得结构在精神上与文献[3]所述相似，但存在两个关键差异：其一，该结构是以光纤拉制而成，而非透过激光在玻璃中刻写；这代表完全不同的制程方法与组件平台，并具有不同的潜在应用。其二，Roberts及其同事赋予光纤的『扭转』在细微之处却具有重要差异。前者可比拟为花式滑冰选手完成三周半跳，而后者则更类似于人旋转呼啦圈时的腰部摆动。两者皆使结构具备手性，但在傍轴近似下，若以随光纤轴与波导核心共移的坐标系来描述，其数学表征方式却截然不同。

具体而言，文献[2]中的『三周半跳』式旋转导致傍轴近似下的薛丁格方程式中出现两种源自非惯性坐标系的虚拟力，即科氏力（Coriolis）与离心力（Centrifugal forces）。尽管它们出现在旋转坐标系中，但在形式上仍属静态，因为该傍轴方程并不显式依赖于轴向坐标z。这与文献[2]中的『呼啦圈』运动形成对比：后者所得方程显式依赖于z，因此需要更为复杂的Floquet分析。

其中，科氏项的作用类似于一个恒定磁场，可透过规范势直接纳入方程式。然而，离心项则引入了棘手的复杂性：由于其强度随旋转轴距离增加而增强，因而破坏了晶格的周期性。对陈绝缘体的拓扑性质进行表征通常需要周期性晶格，这样才能适用Bloch定理，并以明确的光子能带结构来描述光子模态。作者采用了用于非周期拓扑材料的精巧数值量—Kitaev指数，来明确证实该结构确实为陈绝缘体。（另一种相关方法是『频谱定位器』。）最终结果是一个优雅且令人信服的数学分析，显示即便缺乏真正的体相能隙，这一高度复杂的系统仍表现得如同常规的陈绝缘体。

或许，拓扑光子学最重要的挑战仍在于于光学频率下实现单向波导。虽然文献[3]中的复杂光纤已展现令人印象深刻的示范，但其仍保有马克士威互易性。这意味着，沿轴向在光纤中前向传播的模态，确实可能因拉制过程中的缺陷而发生逆向散射。真正具变革性的成果将是一种非互易的光子晶体陈绝缘体，能完全禁止逆向散射与辐射散射。在此方向上已有进展，但尚未完全达成。若能实现，这将是首次在光子组件中彻底消除散射损耗，并为高度稳健的慢光、显著缩减芯片面积，以及新型非线性光学组件的开发开启契机，使其效能不因缺陷而受限。