中央大學光電科學研究所學位論文
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利用兩束光的干涉角度去控制全像片光柵間距，之後再利用重建光源的波長以及入射角度去控制繞射光的波長與繞射角度，藉此來製作可以重建紅光(632.8nm)、綠光(514nm)、藍光(457nm)三種波長於相同位置的觀賞視窗之全像片。 實驗部分共分成兩步驟：首先第一步驟利用「可環繞觀賞之成像面圓盤型複合全像術」的物光系統，配合設計的波長來改變物光系統與母片面的夾角，並固定物光系統之成像面的觀看影像形狀去修正LCD的擺放角度與播放的影像。再利用垂直母片的平行光分別記錄三種物光資訊在三張母片上。在第二步驟裡，先後將記錄好的母片以平行重建參考光垂直入射母片去重建出所有物光資訊，再針對母片去改變參考光發散光源位置並與物光資訊干涉且記錄在全像片上，至此製作出可重建彩色影像的全像片。觀看全像片時，只需將白光點光源放置在預先設計的重建位置，即可在設計的觀賞圓環觀看全彩影像。 本論文延續穿透式圓盤複合全像術的製作方法，先利用弱理論與電腦模擬來設計實驗架構，再模擬不同條件下對物體影像的影響並探討優化的方法。
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本論文率先地在單塊Nd:MgO:LiNbO3晶體上製作出二維週期性晶格極化反轉結構，同時可用來作為整合雷射增益介質、電光布拉格Q調制器和腔內光參量振盪器並在二極體泵浦系統下達成緊配且波長可調式IOPO脈衝光源輸出。 藉由在外加脈衝頻率1kHz、寬度300ns，在直流偏壓+40V、高度+160V分別各對應為低/高Q狀態的方波訊號於2D Nd:MgO:PPLN晶體，在二極體泵浦功率8.55W與晶體溫控25oC條件下，我們達成IOPO波長1522.3nm的訊號光脈衝輸出，總脈衝能量達到約3.3μJ，主脈衝半高寬9.36ns，峰值功率243.6W。
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電致色變已被研究多年了，但其光學性質在著去色時的變化及狀況之探討並不多，因此進行WO3、Ta2O5、NiO的光學性質n (折射率)及k (消光係數)研究。本研究是以ITO導電玻璃為基板，利用電子槍蒸鍍WO3，以可見光–近紅外光光譜儀以及橢偏儀量測氧化鎢著色前後的狀況，得知氧化鎢著色前後的光學性質n(折射率)及k(消光係數)，工作氣壓為2×10-4 Torr時，其△T、△n及△k變化程度最為明顯。 以玻璃為基板，利用電子槍鍍製Ta2O5，考慮n(折射率)與透明度，因此選擇工作氣壓4×10-4Torr當作鍍製整個電致色變元件中離子傳輸層的參數，並利用可見光–近紅外光光譜儀以及橢偏儀量測，得知其光學性質n(折射率)及k(消光係數)。 以ITO導電玻璃為基板，利用電子槍蒸鍍NiO，以可見光–近紅外光光譜儀以及橢偏儀量測氧化鎳著色前後的狀況，得知NiO著色前後的光學性質n(折射率)及k(消光係數)，在鍍率為0.6~0.8 nm/s時，其△T、△n及△k變化程度最為明顯。 最後則是利用已知電致色變元件各層薄膜的光學常數：折射率(n)與吸收系數(k)，設計出讓電致色變反射式元件在著色狀態能夠達到可見光幾乎無反射的狀態，著去色時的平均反射率之差可高達40%，作為反射式的顯示器時可提高其對比度，達到CR≒21，也提高後視鏡防眩光的效果；最後嘗試以目前所知的光學常數設計出具有色彩變化的電致色變元件。
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在非球面檢測的技術中，泛用型非球面檢測干涉術(Geometrical null interferometry)是發展主流技術之一，我們利用了幾何消除像差(Geometrical Nulling)概念，發展彈性四軸消除像差干涉儀(Flexible 4 axis geometrical null optical interferometer)，此干涉儀利用四軸運動機構沿著光軸進行旋轉方式掃描整個待測鏡面，完成量測。而整個彈性四軸消除像差干涉儀系統三個軸心之間的離軸對心校正問題，是此干涉儀系統所需要設計的關鍵技術，而這個關鍵技術的目標，必須使干涉儀系統在進行樣品旋轉量測時，所擷取到的干涉條紋皆可以解析，使其相位移干涉術演算法可以成功演算。 本論文的目的是藉由分析多個菲佐干涉儀的離軸干涉圖形來建立一個對準非球面鏡片與旋轉平台的機械軸的方法，並利用Zernike多項式的係數變化演算來作計算，這個方法可以檢測出對心誤差的向量方向與大小，在反覆疊代過程中，將錯位的非球面鏡片校正回對準軸心的狀態，我們在模擬實驗結果裡成功展現了此方法的精確性。
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光學量測是目前光電科技中重要的一環，為達到精密的量測，目前大多是以光學干涉的方式，其中，相移式干涉術被廣泛的應用在各種精密光學量測當中。 相移式干涉術的原理是利用參考光束與待測光束的光程差形成干涉，接著一連串的改變參考光束的相位並記錄干涉條紋的變化，最後根據每次相位變化所記錄的干涉圖形，推得待測光束的相位。現今所發展出來的相位還原法，是根據不同的相位移與不同次數的相位改變而使用的，例如一般常使用的四步相移演算法、三步相移演算法、最小平方演算法或是Hariharan 演算法。 本論文提出了相移式干涉儀之系統校正的方法，針對相移制動器與標準鏡做校正，以減少量測時所產生的誤差。並對各種相位還原的演算法做分析與模擬，且開發一套相移式干涉儀的量測軟體，從校正系統到實際量測。最後校正前後的比較，校正後量測的結果可以達到小於五百分之一個波長的量測誤差。
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鑑於LED在照明上的諸多優點，如：體積小、發光效率佳、壽命長、無汞污染等因素，且在節能、環保、安全性上皆優於傳統燈泡與日光燈管，使得LED照明燈具開發及其照明設計應用等，皆為極具潛力的研發議題。由於LED發光面積集中、光源具指向性以及白光LED光源頻譜常有藍光峰值等特點，使LED燈具容易衍生干擾視覺的眩光。本論文利用研究團隊已建立之視覺舒適度測試環境與實驗流程，經由心理物理學實驗，比較傳統日光燈管與白光LED燈具之不適眩光，以問卷方式獲得視覺舒適度之主觀評量，以閃光融合閾值量測作為視覺疲勞度的指標。 實驗使用閃光融合儀、視力檢查儀、問卷等方式進行數據蒐集，將數據匯入統計軟體SPSS中分析。結果顯示，改變燈具種類（LED、傳統日光燈）有影響人眼主觀辨識度的趨勢，以LED燈具表現較差，但尚未達統計顯著水準，將持續進行實驗驗證。改變工作面照度（1163 lux、872 lux、490 lux），會影響人眼主觀辨識度、主觀視覺環境干擾以及主觀環境偏好等三項指標，其中以490 lux此亮度表現最差，1163 lux、872 lux則無顯著差異。
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布拉格繞射對於波長有敏銳的選擇性，對單一布拉格周期而言，僅可對單一波長產生繞射之效應(此處僅考慮第一階)。本論文中創新以模擬退火演算法，計算一非週期性結構，可滿足參銣雷射系統中兩種發射頻譜1064nm 與1342 nm 的繞射條件，在相同入射角度情況下，達到高效率且相同布拉格角度的繞射情形。 本實驗中，利用鈮酸鋰晶體良好的電光效應，以高電場週期性極化反轉的技術，將前述所計算的非週期性結構，製作於一長4公分，寬5釐米，厚500微米的鈮酸鋰晶體上完成該繞射元件的製作。 我們在外加最低z方向電場為120V時，量測到高繞射效率；1064nm 為93.5%，1342nm 為92.5%。進一步將其放置於Nd:YVO4固態雷射系統中，以電訊號進行脈衝調製，以BIBO和頻晶體進行1064nm 與1342nm 的和頻機制，達成短脈衝且高功率的橘黃光輸出，其脈寬為9.7奈秒，尖峰功率約為167瓦特。
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在科技蓬勃發展的現在，光學薄膜品質的要求與日俱增，尤其對某些特殊用途之光學元件，不僅要求滿足高精度之光學性質，並且製程花費昂貴，為使成品符合預期設計，更精確且強大之監控方法是許多人研究的課題。 其中，光學監控同時包含了薄膜厚度和折射率的資訊，觀測的是薄膜成長中即時的光學表現，因此被視為鍍製光學薄膜中最佳的監控方式。 傳統光學監控，均假設材料折射率為定值做設計，並觀測穿透率或反射率隨薄膜成長之變化，以此作為停鍍點及誤差補償之依據，但事實上在整個鍍膜過程中，材料之折射率並非定值，若依循設計膜厚做停鍍點，將會使實際成品與設計不符。此外，目前雖有橢偏術和廣波域光譜監控可提供較完整之監控資訊，但因所需考慮的波長數目多，判斷停鍍點不易明確。 本研究提出一種新式光學監控系統，基於舊有光學監控之基礎，結合廣波域與單波長監控之優點，且同時彌補各自不足之處，使停鍍點判斷更為精確，可獲得更廣波域的監控資訊，並將實際製程中時變之折射率、膜厚也納入監控考量，擺脫舊有系統，只能將折射率做為定值假設之困境。本系統不僅架設簡易且便宜穩定，極具發展潛力，可預期在不久將來，即可成為實際應用於市場上之主流新式光學監控系統。
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光學元件檢測中，量測非球面透鏡是一項極具挑戰的研究工作，從干涉儀校準與控制、雷射光源穩定性、重建非球面演算法與量測平台的設計，每一個主題，都需要不同領域的專家，精心的設計與研究來完成。本研究將重心放在非球面量測資料擷取完成後的計算處理，將開發一系列非球面相位重建演算法。 本研究利用子孔徑接合的方式，完整量測非球面透鏡，而欲使用這樣的方法，必須完成兩個主要的目標，第一：單一子孔徑相位重建演算法，本研究以五步相移干涉術與最小平方誤差法為基礎，利用迭代的非線性擬合方式來開發高誤差容忍度的相移干涉術，並搭配自行開發、以Zernike多項式擬合法為基礎的相位解纏繞演算法。第二：子孔徑相位接合演算法，以最小平方法為基礎，找出重疊區域的誤差最小值，作環狀相位接合，最後再以中央孔徑為基準，利用線性擬合的方式，接合不同半徑的環狀區域，完整重建非球面鏡。 演算法模擬實驗結果，當所有的子孔徑干涉條紋內含振動誤差時，經過一系列非球面重建演算法之後，所得到的誤差殘餘值為0.006 waves，符合一般干涉儀的精度標準。此演算法搭配研究團隊所開發的非球面干涉儀，將可處理1000 個波長的非球面度，相較於現有儀器的可量測範圍，提高了20倍之多，將可透過精密與高動態範圍的非球面檢測能力，提升非球面光學元件的產品層次。
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在一般生化反應中，對樣品的分析通常包含三個典型步驟，即樣品分離處理、生物化學反應、結果檢測與分析。但此過程之程序不僅耗時且耗成本。因此本實驗提出將EWOD微流體系統做為驅動元件，感測元件則是選用波導共振方式檢測之光學元件，將兩元件整合為數位式微流道檢驗晶片，並透過電腦之控制進而使驅動與偵測能同步即時進行，並於感測元件部分設計兩個偵測點，用以進行同時多點偵測和訊號比對，使實驗量測之反應訊號更加準確。