～ 光電所參與歐洲 European Master of Science in Photonics (EMSP) 碩士雙學位計畫 系列報導 ～

【之六】

撰文：光電所碩士班 陳以佳

開學後的日常生活

上一篇文章分享了我們在開學前去德國的遊記，讓這段留學生活有了好的開始。但快樂的時光總是過得特別快，隨著9月中旬開學，生活節奏瞬間切換到「戰鬥模式」。關於EMSP計畫的課程，即便已有經過抵免，還是需要在這一年修滿30 ECTS學分的課程加上30 ECTS學分的碩士研究及論文撰寫。在先前的文章裡分享過課程包含兩個部分（課堂Project、期末考試），非常紮實，依照個人安排也會決定上下學期哪個loading比較重。舉例來說，我修習的其中一堂實驗課會實際操作無塵室裡的機台，因此課前助教會詳細說明注意事項，也會確認大家有做課前預習。而在實驗室方面，初期我是使用電腦進行PIC元件設計與模擬，後期要驗證自己設計晶片的效能，就要每天去現場面對這些精密光學系統。這種高強度的學習日常讓中午的我們都必須飽餐一頓才行。

說到比利時的學餐，真的只能用「一言難盡」來形容。從學校的電子菜單看起來，有魚排、雞柳、鹹派，價格大概在5歐元上下，以歐洲物價來說確實便宜到沒話說，但那個味道……嗯，大家看實拍照應該就能感受到那種「不符合臺灣胃」的感覺，基本上就是為了填飽肚子、補充熱量用的，對於習慣臺灣美食的我來說，吃久了真的會感覺人生失色。

為了彌補午餐的空虛，「回家煮飯」就成了我們每天最重要的救贖。雖然課業很重，但下課後去超市採買、回家開火煮飯，反而變成一種療癒。我很愛喝湯，喜歡煮熱騰騰的湯麵（圖五是番茄牛肉清湯麵），再撒上大把的青蔥或香菜，那種香氣讓我感覺自己活過來了！同時附上其他幾道招牌菜，代表我大幅提升的廚藝。

另外想跟大家分享的是歐洲的咖啡文化。歐洲人對咖啡的需求真的極高，大街小巷隨處可見很有溫度的獨立咖啡廳。在這邊要買到划算的家用咖啡機或各種風味的豆子其實非常容易，不管是想喝深焙還是帶果酸的淺焙都有。圖九是我調的一杯冰拿鐵，當時被那個漸層色澤驚嘆到捨不得喝，發到限時動態上還有人以為我在拍店家的咖啡照打卡呢！

最後，留學生活當然不能只有讀書跟煮飯。雖然大家平常都被實驗追著跑，但偶爾還是要跟同學聚聚。下方照片是某天我們EMSP計畫的三位臺灣同學和比利時在地同學，還有另一位尼泊爾同學晚上在布魯塞爾小聚的合照。布魯塞爾的夜晚真的很有味道，古老建築在燈光下顯得特別壯觀。大家聚在一起，話題從學校作業的難度跳到彼此國家的文化差異，這種跨國界的交流其實就是留學最精華的部分。雖然我們來自不同的背景，但此刻都在這座城市為了未來打拼，這種革命情感真的很難得。

其實開學後的生活就是這樣：在枯燥的實驗數據與不太好吃的學餐之間，努力尋找像手沖咖啡或自炊美食這樣的小確幸。雖然比起開學前的旅行少了一份輕鬆，但也多了一份腳踏實地的充實，這也算是另類成長的體驗吧！【精彩內容，下期待續～】

撰文：光電所碩士班 林宇凡

歐洲留學生的聖誕節觀察

如果說在臺灣一年中最重要的節日是春節，那麼來到歐洲，這份地位毫無疑問地屬於聖誕節。這裡的聖誕氣氛濃郁到近乎「物理性」的存在，空氣中總是飄散著肉桂與焦糖的香氣。首先，各個城市必備的標配就是聖誕市集；其次，就是身邊那些彷彿集體蒸發的同事或同學們。

先談談這場持續整整一個月的「市集嘉年華」。在11月底，當第一波寒流剛過，聖誕市集便會陸續開張。傳統上，市集會在聖誕夜當天收攤，讓工作人員回家團聚；但現代的市集似乎為了「撈」更多觀光客的錢，很多都會一路強撐到元旦甚至更久。

聖誕市集的商品結構很有趣，既豐富也極度重複。說豐富，是因為在那裡你可以獲得味蕾上的滿足：一杯熱紅酒（Mulled Wine）暖手，配上一份剛出爐的脆薯、熱狗堡或是裹著糖粉的甜甜圈，甚至還有琳瑯滿目的胡桃鉗木偶、手工鈴鐺與各式精巧的小馬廄。但說重複，則是當你走過三個城市後，就會發現它們賣的東西幾乎如出一轍。在這點上，我所在的根特（Ghent）算是稍微爭氣一點，除了傳統工藝品，還能看到大量的啤酒，甚至混入了一些煎餃、韓式炸雞等亞洲元素。儘管看著那些食物昂貴的定價，我理智上知道那溢價高得嚇人，絕對不會下手購買，但每當深夜經過，還是會被那暖黃色的燈光與人潮勾住腳步。

然而，隨著聖誕腳步越近，你會發現身邊的本地人消失得越快。他們去哪了呢？多半是背起行囊，奔向歐洲各地更著名的聖誕市集去了。對歐洲人而言，聖誕節不僅是家庭團聚的時刻，更是年度旅遊大季，許多人會早早請好長假，徹底將工作拋諸腦後。看著系上教授的身影越來越少，郵件回覆的速度也逐漸降至冰點，我心裡其實五味雜陳。

對身為留學生的我來說，這一切實屬尷尬。因為遺憾的是，聖誕假期後馬上迎來的就是期末考週。這意味著我們必須在「徹底放鬆感受異國氛圍」與「焚膏繼晷準備考試」之間做一場艱難的二選一。你問我最後選了什麼？那就任君想像了，畢竟，誰不希望在冷颼颼的期末考前，能多留一點關於冬日節慶的美好回憶呢？【精彩內容，下期待續～】

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

臺灣大學光電所 蔡永傑教授

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

臺灣大學光電所 李翔傑教授

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.

— 資料提供：影像顯示科技知識平台 (DTKP, Display Technology Knowledge Platform) —

— 整理：林晃巖教授、郭權鋒 —

扭曲光纖之光子陳絕緣體

基於固態陳絕緣體（Chern insulator）的光子拓撲結構，能使光僅沿其邊界單向傳輸，因而在本質上能對抗由缺陷所引起的散射與局域化。如今，一種光子版本的陳絕緣體已在複雜的多芯光纖中得以實現。

拓撲光子學的潛力在於提升奈米與微結構材料對於缺陷的抗性。由於光子超穎材料多為人工製備，缺陷與不完美結構在所難免，且幾乎總會削弱元件功能。若能有效減輕這些影響，即使在放寬嚴苛的製程限制並降低成本的情況下，元件性能仍可顯著提升。在此方面，光子陳絕緣體結構展現出最為突出的前景：由於這些基於晶格的元件僅允許光沿邊界單向傳播，任何缺陷皆不會導致寄生散射，無論是逆向散射（因不存在逆向傳播模態）或散射至二維體相（Two-dimensional bulk）（由於存在體相光子能隙）。

然而，在實現光子陳絕緣體的過程中存在一項經典挑戰：其必須打破時間反演對稱性，亦即馬克士威互易定理（Maxwell reciprocity）。在固態電子系統中，這一點相對簡單：由於電子為帶電粒子，只需將其置於磁場中即可（此時順時針與逆時針運動不再等價）。但對光子而言，情況並非如此。一種方法是利用鐵氧體桿構建光子晶體，藉由磁場響應來破壞互易性。另一種方法則是構建複雜的介電波導陣列，使其在傍軸近似下運作，即光主要沿著波導軸向（z軸）傳播。在此情境下，軸向可視為時間座標，意味著僅需打破z軸反演對稱性。在這種情況下，結構中的手性可使其在橫向（截面）平面上成為光子的有效陳絕緣體。

近期，Roberts及其合作者展示了透過拉製並扭轉光子晶體光纖（即複雜的多芯光纖）結構，可以在橫向平面上實現光子陳絕緣體（見圖一）[2]。該光纖由一個二維核心晶格構成，各核心之間透過漸逝耦合（Evanescently coupled）相互作用，使光能在相鄰核心間躍遷。作者透過對輸出端面光場的空間特性進行表徵，證明光保持侷限於邊界並沿手性邊界態方向傳播。他們亦對光纖幾何結構進行了廣泛的數值與理論分析，所得預測與其實驗結果高度一致。

所得結構在精神上與文獻[3]所述相似，但存在兩個關鍵差異：其一，該結構是以光纖拉製而成，而非透過雷射在玻璃中刻寫；這代表完全不同的製程方法與元件平台，並具有不同的潛在應用。其二，Roberts及其同事賦予光纖的『扭轉』在細微之處卻具有重要差異。前者可比擬為花式滑冰選手完成三周半跳，而後者則更類似於人旋轉呼啦圈時的腰部擺動。兩者皆使結構具備手性，但在傍軸近似下，若以隨光纖軸與波導核心共移的座標系來描述，其數學表徵方式卻截然不同。

具體而言，文獻[2]中的『三周半跳』式旋轉導致傍軸近似下的薛丁格方程式中出現兩種源自非慣性座標系的虛擬力，即科氏力（Coriolis）與離心力（Centrifugal forces）。儘管它們出現在旋轉座標系中，但在形式上仍屬靜態，因為該傍軸方程並不顯式依賴於軸向座標z。這與文獻[2]中的『呼啦圈』運動形成對比：後者所得方程顯式依賴於z，因此需要更為複雜的Floquet分析。

其中，科氏項的作用類似於一個恆定磁場，可透過規範勢直接納入方程式。然而，離心項則引入了棘手的複雜性：由於其強度隨旋轉軸距離增加而增強，因而破壞了晶格的週期性。對陳絕緣體的拓撲性質進行表徵通常需要週期性晶格，這樣才能適用Bloch定理，並以明確的光子能帶結構來描述光子模態。作者採用了用於非週期拓撲材料的精巧數值量—Kitaev指數，來明確證實該結構確實為陳絕緣體。（另一種相關方法是『頻譜定位器』。）最終結果是一個優雅且令人信服的數學分析，顯示即便缺乏真正的體相能隙，這一高度複雜的系統仍表現得如同常規的陳絕緣體。

或許，拓撲光子學最重要的挑戰仍在於於光學頻率下實現單向波導。雖然文獻[3]中的複雜光纖已展現令人印象深刻的示範，但其仍保有馬克士威互易性。這意味著，沿軸向在光纖中前向傳播的模態，確實可能因拉製過程中的缺陷而發生逆向散射。真正具變革性的成果將是一種非互易的光子晶體陳絕緣體，能完全禁止逆向散射與輻射散射。在此方向上已有進展，但尚未完全達成。若能實現，這將是首次在光子元件中徹底消除散射損耗，並為高度穩健的慢光、顯著縮減晶片面積，以及新型非線性光學元件的開發開啟契機，使其效能不因缺陷而受限。