2013 光機電創意設計 OptoElectroMechatronic Device Creative Design National Changhua University of Education 2013 光機電創意設計 OptoElectroMechatronic Device Creative Design 工程與生活 國立彰化師範大學 機電工程學系 王可文 編 Prepared by Kerwin Wang Department of Mechatronics Engineering

Optoelectronics and Photonics 近代光電發明原理

最簡單的行進波為正弦波；對沿方向傳播的波，其數學一般式表示為 (1) 平面電磁波 最簡單的行進波為正弦波；對沿方向傳播的波，其數學一般式表示為 (1) 一個電磁波為一個具有時變電場及磁場的行進波，且二者相互垂直並垂直傳播方向。

古斯-亨琴移動與光學隧道作用 Goos-Hänchen Shift 內部全反射的反射光束顯示在界面上已被橫向位移一個量 。 內部全反射的反射光束顯示在界面上已被橫向位移一個量 。 Shift & Depth

光纖製造 圖 　具有一個堅固緩衝管的典型單模光纖的橫切面。(d=直徑)。 圖 　光纖抽絲塔之圖解說明。

圖 　OVD以及光纖抽絲所需預形體準備的圖解說明。(a) 燃燒器火焰中的氣體反應產生玻璃煙灰並沉積在心軸的外表面；(b) 心軸移走且中空多孔的煙灰預形體被固化，即煙灰顆粒昇華、熔化在一起而形成一個透明的玻璃棒；(c) 所固化的玻璃棒當作光纖抽絲的預形體。

發光二極體

LED材料

光纖通訊用LED 邊緣發射 E LED 面發射 S LED 圖3.30　(a)光由面發射LED耦合進入多模光纖，其中使用折射率匹配的環氧樹脂光纖被黏合於LED結構上，(b)微透鏡將面發射LED的發散光聚焦並導入多模光纖中。

雷射共振條件 圖4.10　(a) 具有光增益的雷射介質 (b) 介質的光增益曲線。虛線是參考書中的近似推導。

LCD (Liquid Crystal Display)

太陽能光譜

太陽能電池的工作原理 ( 跨大的圖形以放大工作原理 )。

太陽能電池表面上的文叉指型電極可降低串聯電阻。

在 Ln + W +Le 體積內光產生的載子造成光電流 Iph。光產生電子–電洞對濃度隨著距離的改變也圖示在這裡， 是有興趣波長的吸收係數。

串聯電阻會使I-V曲綫變寬，並降低最大可能功率，因此使得太陽能電池的整體效率降低。圖中的例子是矽製太陽能電池， 且 ，照光使得光電流 。

圖6.12　一個電池和兩個並聯電池的電流對電壓與功率對電流的特性。兩個並聯元件有 和 。

磁-光效應

工程發明 的精神 Engineering is the discipline, art, skill and profession of acquiring and applying scientific, mathematical, economic, social, and practical knowledge, in order to design and build structures, machines, devices, systems, materials and processes that safely realize improvements to the lives of people. -Wiki- English 工程學或工學即「應用科學和技術的原理，來解決問題」。工程師通過想像，判斷和推理，將科學、技術、數學和實踐經驗應用到設計、製造、對象或程序的操作中。 在學校中，將自然科學原理應用至工業、農業各個生產部門所形成的諸多工程學科也稱為工科或工學。 -Wiki- 中文版

工程發明 與 五明 五明（梵文 pañcavidyâ）源於古印度婆羅門傳統，後被佛教接受，指五門學科。《瑜伽師地論》卷38說: 五明是「一切菩薩正所應求」。 經云：「菩薩學處，當在五明學處。」；亦即成為一位菩薩，必須通曉五門基本的學識。何謂五明？即聲明、工巧明、醫方明、因明、內明。茲簡述如下： 聲明：語言學、訓詁學等。 工巧明：家務、藝術、科學、農業等。 醫方明：醫學、藥學乃至禁咒等，可以醫治別人色身病苦，拯救眾生。 因明：邏輯學，可以藉此辯證真理。 內明：佛法之修學，即對佛理的理解，可以幫助自己修行，亦有利開悟他人。 精通五明的學者，可以享有班智達的稱號。 -Wiki-

Green + Orange Technologies in the Future 大友克洋 1991作品 Let’s open our mind to make this world better ~! 善用人生使用權。

Supermen theory Nietzsche restore man’s moral fibre. God was dead. 尼采

孔子 Confucius put all the emphasis on the relation itself. The Christian put more weight on encourage a man or woman to be right within himself/herself)

柏拉圖 The ordinary man sits in his limited cave and sees only the shadow of reality. Plato insisted that the truth existed as true forms below the surface appearance of things. (Philosopher like to see the truth itself.)

帕伐洛夫 Human’s behavior could be controlled and predicted.

The conflicts of the subconscious mind could be seen to explain much of human behavior. Sleep Learning 自我暗示有著驚人的力量 睡眠週期 九十分鐘 佛洛伊德 睡眠學習 睡前暗示

資源 人際 觀察 認知 意欲 方法 REFERENCES Weidenfeld and Nicolson, “The Greatest thinkers” Beitz W. and Pahl G., Engineering Design: A Systematic Approach, The Design Council London http://en.wikipedia.org/wiki/

創造思考 — 腦力激盪 創造思考 — 特性聯想 創造思考 — 多元關聯 創造思考技巧 — 形態分析 創造思考 - 水平 + 垂直 IQ, Age, Education is not required to think creatively Brain Storming Combining old things is one way

創造思考 — 特性聯想 Lew D'Souza..

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Funny Japanese Inventions

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熱泵熱水器

Design Phase Overlap Waterfall Model Specification Design Implementation Test EFORT TIME

Reduce the Number of Components Benefits from the Reduction Shorter assembly time Lower management cost Requirements: retaining original design functionalities. Side effects: increase component complexity and manufacturing cost

Error Correction Cost COST Time of Error Detection 10000 Log scale 0.1 Time of Error Detection Specification Design Implementation Production Operation

限制? 空間 時間 金錢陷阱 Money Traps 溝通障礙 Communication 文化與生活壁壘 Culture Barrier 知識與認知落差 物理極限 保護主義

Good old lessons in teamwork An Old Story Good old lessons in teamwork from an age-old fable The Tortoise And The Hare

They started off, and this time the hare carried the tortoise till the riverbank.

There, the tortoise took over and swam across with the hare on his back.

What is Concurrent Engineering ? Traditional Process = Linear Vs Concurrent Engineering = Team collaboration Concurrent Engineering

一種哲學 一種信仰 一種盼望 一種藝術 一種文化 Creative Thinkers Design Philosophy Funny Inventions Useful Inventions

Practice Problems