『高中活動』2020主題科學日-Huge LASER, See the Future

前言：參加活動的動機

這次的「2020主題科學日-雷射60 校園演講」，由科技部與北中南的大學聯合舉辦，為了慶祝雷射發明的六十週年，舉辦了大大小小的活動，舉凡來說有線上雷射展覽，又或是實體的演講分享、實作演練等等。

這次之所以會參加這場活動，是因為想藉由這場「雷射演講」，讓我對於工程、光電領域的專業知識有更深一步的了解，也可以拓展自己在光電方面的常識。

本次活動是以「中大壢中學生」的身份參加，本次活動有18為學生與1位老師帶隊，前往新竹交通大學參與此次課程。

前往新竹交通大學：

我們先從中央大學附屬中壢高中出發，包車前往新竹交通大學，路程約半小時至一小時左右。在路途中，老師稍微分享了一下這次活動的相關事情，讓我們對活動更加理解，更方便我們等等聽課時可以聽懂教授說的相關知識。

抵達交通大學後，主辦單位熱情的招待我們，告知我們該往哪個方向進入會場，也有專業的攝影師在記錄著一切～

場地佈置也十分精美，總共有四間學校共同參加雷射講座活動，分別為「中大壢中」、「桃園高中」、「新竹高中」、「竹東高中」這四間，參與人數共80個人。

雷射主題演講：

首先，第一個活動就是簡單的介紹過去的「雷射歷史」，科學家是如何發現雷射的呢？發現雷射後又是如何開始應用於生活當中？

一、Laser Adventure雷射之旅：

1.各種光源的比較：

教授在開頭時先提出「為何太陽的發射功率『超高』，到地球時人類卻安然無恙？」是因為雖然太陽發射功率高，不過傳遞距離過遠，所以從原本發出的10的26次方瓦，縮小到剩下500瓦每平方公分，也就是我們平時在戶外所受到的熱能。

不過…反過來說，太陽因為距離過遠，導致光線發散，最後造成接收功率縮小；只要把距離縮短、並且把光線匯聚起來，不就能利用很小的發射功率，製造出很強大的接收功率了嗎？這也就是「雷射」的誕生！

舉例來說，「二氧化碳雷射」就是一種「匯聚光線」的雷射應用。雖然發射功率只有少少的60瓦，但可以把所有能量聚集，一但聚集完後接收功率可以高達「百萬瓦」！已經可以作為切割鋼板使用了！

2.雷射的性質：

接著，教授開始介紹雷射的三種性質，分別為「單光性」、「準直性」、「同調性」。

• 「單光性」：看到的雷射只有一種光，雷射筆就是一種例子。
• 「準直性」：雷射可以匯聚光線，不會發散。
• 「同調性」：可以修整光線配合實際應用。

教授也有簡單的介紹「光電效應」，用簡短的一句話來敘述光電效應，可以說「光利用特殊頻率把電子打出來」。雖然我也不是完全能理解，不過我相信未來還有很多機會學習的！

還有光是如何產生的呢？在大自然界中的「光子」在低能階軌域與高能階軌域之間躍遷，就是光所產生的原因。

3.「受激吸收」、「自發吸收」、「受激放射」

還有關於「受激吸收」、「自發吸收」、「受激放射」等等的專有名詞介紹，教授都有稍微帶過，讓我們大概理解內容。

講解完關於光的基本知識後，老師拿出了一些材料帶我們了解剛剛上課所教的，讓我們可以體會看似很抽象的理論，也可以實際應用在生活當中！舉例來說：手機的鏡頭中就藏有雷射，AirPods耳機中也藏有雷射感應，甚至是FaceID也是雷射的應用！

二、光電科技的現在與未來：

「雷射之旅」講座結束後，緊接著有另外一名教授來分享「光電科技的現在與未來」，就像之前教授提到的，光電已經應用在我們的生活當中，只是我們沒察覺而已。那究竟生活周遭有哪些是涉及光電領域的呢？這正是這堂課我們所要學習的。

1.何謂光電？

光電，其實是一個很簡要的名詞，只要涉及「光or電」、「電or光」、「光轉電」、「電轉光」，都可以說是光電！

2.光電應用？

在生活中常見的光電應用有：光碟片、單眼相機鏡頭，螢幕顯示器、光纖網路、LED燈、太陽能板、太陽能電池、軟性電子產品等等

3.精密光學元件與鏡頭：

大立光是專門做手機鏡頭的，也就是光電領域。在台灣的股價超高，只靠手機鏡頭的製造，一張股票最高漲到超過600萬元，這就是光電領域的潛能！

4.雷射光源：

雷射光源的應用十分廣泛，現今已用於「金屬加工」、「無人車雷達掃描」等等，如果未來法規順利通過的話，也許五到十年後無人車就會上路，將大力衝擊物流產業，需要的人力會大幅縮減，我們就有更多人可以致力於研究其他領域。

5.光通訊：

現在的大樓、社區越來越多都有設計「光纖網路」，不過什麼事光線呢？為什麼不用原本的傳輸線就好了呢？因為光速>電速，而且光纖的材質便宜，傳輸更穩定，所以在未來將被廣泛的應用。

還有螢幕也是光通訊的應用，螢幕又有分成「LCD」、「OLED」、「Micro LED」不同的種類，老師有分享一段影片，是關於LG之前利用OLED螢幕，做出超高的模擬瀑布，與大家分享～

6.LED及照明應用：

有些產業有LED照明的需求，不只是單純的光線而已，而是要求特定頻率、週期的光線。舉例來說：有些高級的植物在受到特定的光線照射下，會釋放出更多人類想要的物質，這就是「高級植物產業」在做的事情。

雷射實作：

在教授分享完過去雷射的歷史，還有介紹雷射的基礎理論後，馬上就開始實作觀察。交大準備了好幾組十分齊全的雷射設備，排列好後用成一間教室讓大家實際去操作。

旁邊有助教、教授，只要有問題都可以直接詢問！我當時有私下詢問助教整個實驗的運作流程，助教也簡單的敘述了一遍，並且分析原理給我聽。

其實整個實驗就是利用「雷射」發出光束，經過鏡面折射光束，經過電子的螢幕，進行轉換，最後再隨著三陵鏡折射出想要的圖形。

應用分享：

在體驗完實際操作雷射後，最後一個活動是藉由光的頻率、週期，來體驗「3D立體」照片、影片。教授分享了為什麼可以單純利用不同的眼鏡色片，造成立體的效果出現，並且直接發下眼鏡給大家，讓大家可以親自體會視覺上的衝擊。

首先，教授先介紹了「紅綠眼鏡」的原理，到底為什麼能讓人類看到的照片、影片變成立體的？

經過教授的講解後，我才了解到「這項創意」的獨特之處！利用材質的吸收波段，搭配上照片處理，就可以玩出許多特別的玩法！教授有提供幾張照片來給我們體驗，以下是戴眼鏡的視角所拍出的照片。

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教授還有提到關於干涉、繞射的理論，並且實際拿出雷射筆實作給我們看，利用干涉、繞射達到一維空間、二維空間、三維空間的轉換。

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上面這些照片，都是利用干涉繞射原理，配合眼鏡的設計（週期、頻率不同），讓我們看到的內容改變。上面這張圖，原本只是單純的燈管，不過在眼鏡之下就會把光線進行拆散，因為每種顏色的行進速率不同。

心得感想：

這次的課程雖然只有短短三小時，卻帶給我滿滿的收穫。從一開始的雷射歷史介紹，並在介紹完實體操作一遍，最後再結合生活中的應用，讓「光、電」看似艱深難懂的學術名詞，直接與生活中產生連結。

在最後的回程途中，老師分享了自己對於這次演講的看法、收穫，也幫我們複習了這次所學習到的內容。另外，老師也給每個學生一人一分鐘，分享一下自己今天的感想～

每個人對這次講座的感想不同，有些人領悟到「以後應該選擇自己喜歡的科系學習，以後才不會痛苦」，有些人則是體會到「自己未來的方向何去何從」。

對於我來說：無論我未來會不會踏上「工程」這條路，我都對未來的趨勢有更明確的瞭解 ！也許我對研究光、電的理論實作沒有興趣，不過在未來還是會有很多相關得應用！舉例來說，無人車的開發、Airpods的功能、AR擴充實境等等…

所以我學到的是……

思考如何把自己的能力結合未來的趨勢，創造出我自己的價值。

許云澤 2020.10.21

照片分享：

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