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課程名稱 |
光電科技入門與實作
Photonics workshop for beginners |
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開課學期 |
108-2 |
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授課對象 |
電機資訊學院 電機工程學系 |
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授課教師 |
曾雪峰 |
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課號 |
EE3039 |
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課程識別碼 |
901 33960 |
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班次 |
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學分 |
3.0 |
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全/半年 |
半年 |
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必/選修 |
選修 |
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上課時間 |
星期一2,3,4(9:10~12:10) |
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上課地點 |
電二102 |
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備註 |
與黃建璋、林晃巖、吳育任合授
總人數上限：50人 |
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Ceiba 課程網頁 |
http://ceiba.ntu.edu.tw/1082EE3039_PWB |
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課程簡介影片 |
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核心能力關聯 |
核心能力與課程規劃關聯圖 |
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課程大綱
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為確保您我的權利,請尊重智慧財產權及不得非法影印
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課程概述 |
光電科技是近年來快速發展的新興科技領域，舉凡手機、照明、顯示器，生醫等各個領域，光電科技已扮演現代世界的重要角色，成為現代與未來的重要科技產業，影響無遠弗屆。本課程以知識與實作並重，讓同學能以跨領域的思維學習光電科技的基本知識，並配合實驗，實際操作最新的光電科技。
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課程目標 |
光電科技是現代與未來的重要科技產業。本課程以跨領域的思維讓同學學習光電科技的應用，課程安排上傳授最新光電科技知識與手動實作並重。藉由實際體驗光電科技最新的應用，激發培育學生對光電科技的興趣，鼓勵促進光電科技與各個科技做跨領域的結合與應用。帶動台灣光電人才的培育，進而促進台灣光電產業的發展。 |
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課程要求 |
課程進度與教學內容：
本課程的內容，規劃大致可分為三個階段：
第一階段：（6週）
邀請光電所教授課講授基本光電科技知識，並邀請光電業界的業師，講授分享光電產業與自身經歷。
第二階段：（9週）
分組進行，由助教帶領學員進入各個實驗室，介紹光電重要領域，進行實驗的操作。
第三階段：（2週）
每組報告實際操作光電實驗的成果與心得，並提出將光電技術應用在跨領域應用的構想與實際規劃。藉由各組的報告與交流，激發學生們思考落實將光電技術結合自身所學以及未來方向。
第二階段的實驗主題，以目前光電產業熱門的技術，並考量適合光電所與業界能支援的方向為題，讓學生實作，實際體驗光電科技研究：
實驗一、
題目：簡易smart glass製作
目的：讓學生親手製作元件，並認識簡單的液晶特性、了解光散射現象、學習如何測量透光度。
說明：smart glass是可用電壓(或其他方式)調變透光度的玻璃。本實驗中，我們將混合光學膠及液晶，做出可用電壓控制穿透度的PDLC，將之用於smart glass。
備註：進實驗室前需先觀看光電所環安衛講習影片，並參加臺大環安衛中心A、B課程。
實驗二、
題目：光偵測器的種類介紹及設計模擬分析(Design and simulation of photodetectors)
目的：透過模擬教學，讓學生了解不同光偵測器的運作原理，設計上的關鍵點，讓學生可以對以光為主的感測器有更進一步的認識。
說明：
1. 光偵測器的種類介紹，從相機CMOS元件，光二極體，CCD，雪崩式二極體到光導體(photoconductor)。
2. 和工研院合作開發的TCAD (DDCC)模擬軟體學習。
先針對Photo diode為範例，分析不同空乏區，吸光區對光響應能力的影響了解Photoresponsivity的計算方式。
3. 針對修課學生分組，以相機CMOS元件，光二極體，CCD，雪崩式二極體和光導體這些元件，進行設計，針對不同頻段需求，來設計光偵測器。
4. 針對所有學生，分別提供一組有限時間的使用帳號。
實驗三、
題目：什麼是手機/平板裡的「液晶顯示器 (LCD)」?
目的：本實驗主要是，透過一些 i)實驗 和 ii) 電腦模擬的實際操作來介紹和讓學生了解液晶顯示器的基本概念和原理。
說明：預計內容包括:
1)偏光實驗：透過偏光片實驗，讓學生了解什麼是偏光，且偏光對液晶顯示器的重要性。
2)光電效應實驗：透過液晶盒(liquid crystal cell)光電的測量(電壓 vs亮度)，來了解液晶可透過電壓的改變來改變其偏光特性與其穿透率/亮度。
3)反應時間：透過加AC電壓(用function generator)和放電壓來觀察和測量液晶的反應時間(response time)和其對液晶顯示器的影響。
4)液晶配向(alignment) ：透過偏光顯微鏡來觀察液晶配向的重要性和其影響顯示器的暗態(dark state)和對比(contrast)。
5)液晶電腦模擬：透過電腦模擬軟體來更多了解液晶顯示器的不同結構的部分和其操作原理，且加電壓後其液晶份子(molecular directors)的反應/分佈，電埸分佈，視角(viewing angle)，等等。
實驗四、
題目：模擬分析光的傳播與散射（Simulating light propagation）
目的：隨著電腦的快速發展，近年來光學模擬日益扮演光學研究舉足輕重的地位。跟光學模擬研究課專題，以Matlab為基礎，以淺顯易懂的方式讓學生嘗試光學、電磁波的模擬，實際體驗模擬研究的優勢。
說明 學模擬研究主要方法有兩大類：直觀（heuristic）的模擬方法，以及嚴謹（rigorous）的模擬方法。根據學生的興趣以及實際的數理能力，將選擇適當的題目與方法讓學生體驗t嘗試完成光傳播散射模擬課題。
實驗五、
題目：利用光學同調斷層掃描術於光學元件特性量測（Using optical coherence tomography for the measurement of the characteristic of optical devices and materials）
目的：光學同調斷層掃描術(optical coherence tomography, OCT)為一種可以提供非破壞式樣本結構資訊的光學量測技術, 透過使用一寬頻且低同調特性之光源。 此一技術可以區分來自樣本內部不同介面間的反射訊號, 以及介面間的光學折射係數差異。
說明：在此實驗過程中, 學生將會實際搭設部分的OCT系統架構, 並且利用此一系統量測數個具有不同特性的光學元件, 透過後端數值分析, 學生將可以計算出待測樣本的光學特性如折射係數以及厚度等資訊. 透過此項實驗學生將可以接觸到基礎光學系統架設以及量測數據分析等實驗操作
備註： 課程希望能讓有志學生，實際接觸並體驗最新光電科技，以激發興趣，從而推廣光電與學生專業的跨領域整合應用。
實驗六、
題目：光纖感測器的製作
目的：認識光纖與利用光纖量測外在物理量或生化濃度的變化。
說明：初階學生可以藉此認識不同種類的光纖，如何處理光纖、(架設干涉儀或微流道)、量測光強度、頻譜變化，及於實際應用面。
實驗七、
題目：ZEMAX 光學軟體模擬
目的：幫助學生了解光跡追蹤軟體的應用。
說明：藉由光學模擬軟體, 了解ZEMAX簡單的軟體操作與光學像差的由來。
實驗八、
題目：連接世界的新選擇:LED可見光通訊
目的：為使同學熟悉可見光通訊的應用，透過LED並搭配直流與交流的量測，將會了解到完整系統的架構與訊號傳輸原理。
說明：本實驗將使用不同色光與光強度的LED來進行可見光通訊的實驗。先利用直流電量測各元件的L-I-V曲線，接著會在不同的輸入偏壓下同時加入射頻(RF)訊號到LED中，並用光檢測器將光訊號轉為電訊號，再輸入至示波器中觀察波形的變化，透過此方式可以清楚的觀測到偏壓值對可見光通訊的傳輸有著重要的影響，也能針對元件的頻率響應做分析。最後再對訊號做開關鍵控(OOK)調變，使同學可以在示波器中看到眼圖的呈現，也能了解整體可見光通訊的原理與架構。
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預期每週課後學習時數 |
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Office Hours |
另約時間 |
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指定閱讀 |
以課堂講義為主 |
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參考書目 |
以課堂講義為主 |
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評量方式
(僅供參考) |
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No. |
項目 |
百分比 |
說明 |
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1. |
平時成績 |
60% |
。實作實驗課
----(a) 出席 (35%)
----(b) 實驗結果 (15%)
。隨堂測驗 (簡單的觀念題) (10%) |
2. |
期中作業 |
10% |
PPT可以尋得答案 |
3. |
期末成果報告 |
30% |
同學互評 (50%)＋
兩位老師評比(20%)＋
九位助教評比 (30%) |
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週次 |
日期 |
單元主題 |
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第1週 |
3/02 |
課程/光電科技簡介
顯示技術介紹____by黃建璋老師 |
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第2週 |
3/09 |
生醫光電簡介____by李翔傑老師 |
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第3週 |
3/16 |
光通訊簡介____by黃定洧老師 |
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第4週 |
3/23 |
環安衛講習＆實作課程介紹____by助教群
0 簡易smart glass製作
1 光偵測器的種類介紹及設計模擬分析
2 什麼是手機/平板裡的「液晶顯示器 (LCD)」?
3 模擬分析光的傳播與散射
4 利用光學同調斷層掃描術於光學元件特性量測
5 認識光纖與利用光纖量測外在物理量或生化濃度變化
6 ZEMAX光學軟體模擬
7 聯接世界的新選擇：LED可見光通訊 |
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第5週 |
3/30 |
ZEMAX光學系統設計簡介____by蘇國棟老師 |
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第6週 |
4/06 |
雷射與波導____by蔡睿哲老師 |
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第7週 |
4/13 |
實驗一 第一週 |
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第8週 |
4/20 |
實驗一 第二週 |
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第9週 |
4/27 |
實驗一 第三週 |
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第10週 |
5/04 |
實驗二 第一週 |
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第11週 |
5/11 |
實驗二 第二週 |
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第12週 |
5/18 |
實驗二 第三週 |
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第13週 |
5/25 |
實驗三 第一週 |
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第14週 |
6/01 |
實驗三 第二週 |
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第15週 |
6/08 |
實驗三 第三週 |
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第16週 |
6/15 |
期末成果報告 |
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第17週 |
6/22 |
期末成果報告 |
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第18週 |
6/29 |
(彈性使用) |
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