由琴弦到激光

1.1 光通訊產業

1.1.1 富昱晶激光 (PhCSEL Technology)： 這是全台唯一（全球唯三）能量產 PhCSEL（光子晶體面射型激光） 的公司。PhCSEL 的結構本質上就是一種高度精密的諧振腔設計，比 VCSEL 更能提供高功率且穩定的單模態輸出。
1.1.2 波若威 (Browave)： 位於新竹科學園區，強項在於光纖組件與合波器。他們提供光纖激光諧振腔內的關鍵組件（如光纖光柵、耦合器等）。
1.1.3 PhotoniCore (萊凌科技)： 專注於高功率光纖激光諧振腔（Fiber Laser Cavity），產品涵蓋側泵耦合器、光纖光柵鏡等核心部件。萊凌科技專致於光纖激光元件與模組的研發與製造，憑藉先進的光纖檢測與生產設備，致力於滿足客戶多樣化的需求。產品被廣泛應用於工業用光纖激光系統與太空通訊激光系統等領域，具備卓越的效率、穩定性及高可靠性。憑藉著優異的產品品質及服務，萊凌科技的主要客戶群遍及美國與台灣，並與眾多知名企業建立長期穩固的合作關係。持續投入大量研發資源，不斷創新技術與產品，目前已取得多項專利，鞏固台灣激光光纖產業的領導地位。
1.1.4 Lightmatter台灣分公司: 成立於2017年的波士頓，核心團隊來自美國麻省理工學院，公司股東陣容包括Google Ventures、富達投資、HPE等，微軟資深副總裁 Zander是董事會成員。Lightmatter在2024年完成4億美元D輪融資後，估值已高達44億美元，是一家矽光子超級獨角獸。這家備受矚目的美國獨角獸選擇來台目的就是深化與台灣供應鏈台積電合作。Lightmatter目前定義為IC設計公司，CEO指出公司正在與ASIC業者創意合作，預計利用台積電矽光子（Silicon photonics）平台COUPE進行製造與整合。業界分析，該公司發布的技術，需要利用混合鍵合（hybrid bonding）技術，以及大部分AI晶片業者都在台積電做晶圓製造、先進封裝有關。Lightmatter指出，公司正利用台積電的COUPE平台，將自家的PIC產品線「Passage」與運算晶片（XPU/Switch）堆疊在一起，也正與新思、益華等業者合作，開發光傳輸介面IP，能夠讓採用台積電N3P製程的AI晶片業者可以使用的光傳輸介面IP。Lightmatter新發布的外部光源模組「Guide」，重點是裡頭的整合式激光光源。Lightmatter不是採用傳統的分離式激光光源，而是將磷化銦（InP）材料，透過混合鍵合的方式整合在矽光子（Silicon photonics）晶圓上。此做法除了節省空間，也能避免過去用傳統製程耦合零組件，而是在晶片製程中直接做完耦合，公司發言人表示，激光模組製造將從仰賴人工組裝的生產模式，邁向類晶圓代工的量產流程。Lightmatter此次推出的「Guide」，對標的是擁有外部光源模組產品線的博通（應用在自家 CPO Switch）、Lumentum（用在輝達的CPO Switch），只是兩者仍採用傳統激光作為CPO外置光源。
1.1.5 工研院 (ITRI)： 許多諧振腔的核心技術（如藍綠光VCSEL）是由工研院研發，再技術轉移給國內業者。
1.1.6 鴻海研究院（Hon Hai Research Institute）的半導體研究所，在半導體激光領域的發展非常強勁，特別是針對 PhCSEL（光子晶體面射型激光） 與 VCSEL（垂直共振腔面射型激光）的技術突破，已達到國際領先水準。
鴻海研究院目前最核心的發展可以視為以下三個方向：
(1) PhCSEL 的極致微型化與整合（空間計算）
鴻海研究院半導體所最受矚目的成就，是成功將 PhCSEL 與超穎介面（Metasurface）進行單晶片整合。
(a) 技術突破： 他們研發出全球首創的「單晶片整合超穎介面光子晶體面射型激光」。這項技術能將原本體積龐大的「點陣投影儀」（用於手機臉部識別，如 FaceID）微縮至僅約 3 根頭髮的寬度。
(b) 應用： 此成果獲選為 2024 年及 2025 年頂尖期刊《Nano Letters》與《ACS Photonics》的封面故事。這對於未來 AR/VR 眼鏡等需要「極致輕薄」的穿戴裝置具有革命性意義。
(2) 高頻寬與衛星間激光通訊（Space Computing）
針對鴻海近年積極佈局的低軌衛星與 6G 通訊，半導體研究所在激光光源的傳輸效率上有重大進展：
(a) 近乎零發散角： 2025 年，研究團隊開發出「埋入式二維中空金字塔結構」的 940nm PhCSEL，實現僅 0.25 度的極小發散角（幾近平行光）。
(b) 高速傳輸： 該技術在無透鏡系統下實現 22 Gbit/s 的高速傳輸。這對衛星與衛星之間的光通訊（Inter-Satellite Link）非常關鍵，因為在太空中，光束若不夠集中（發散角大），能量會迅速衰減導致通訊中斷。
(3) 量子光通訊與安全性
除了激光光源本身，研究院也將激光應用於量子金鑰分配（QKD）技術：
穩定性提升： 他們利用「非同步編解碼技術」與穩定性極高的「分散式回饋激光（DFB Laser）」，解決環境熱擾動對量子通訊的干擾，成功提升量子密鑰的安全性與傳輸速率。
1.1.7 台積電的 COUPE (Compact Universal Photonic Engine) 平台是為 AI 資料中心設計的次世代矽光子解決方案，預計 2026年量產。COUPE 運用 SoIC (系統單晶片) 技術，將電子與光子晶片 3D 堆疊，能提升 2 倍傳輸效能並降低 40% 功率消耗，主要應用於 NVIDIA相類似的等高效能運算 (HPC) 晶片。台積電 COUPE 平台關鍵技術與優勢:
a. 技術： 以 SoIC 先進封裝將電晶體電路（EIC）與光子積體電路（PIC）異質整合，實現光纖進銅退。
b. 3D 堆疊： 突破傳統 2D 平面限制，透過直接堆疊縮短傳輸距離、降低能耗並減少耦合損耗。
c. 高效能連線： 針對 800G 與 1.6T 等高速光收發模組，解決銅線的物理限制，滿足 AI 大數據傳輸需求。
d. 合作夥伴： 元件/封裝廠（聯鈞、光聖）、材料與測試供應商（Coherent、住友電工、愛德萬測試）以及 EDA 軟體商。
e. 台積電的US 11493689B2專利:
f. 台積電的CoPoS封裝技術:
CoPoS為「Chip-on-Panel-on-Substrate」的簡稱，台積電繼CoWoS之後的先進封裝技術，功能是將負責運算的邏輯晶片與負責資料存取的高頻寬記憶體（HBM）封裝在一起，讓兩者近距離溝通，發揮AI晶片的極致效能。CoPoS為扇出型載板級封裝（Fan-Out Panel-Level Packaging，FOPLP）的一種，是將封裝的中介層，改為方形的玻璃載板或有機載板。載板可以是玻璃或是藍寶石，預計2029年量產。
1.1.8 雷杰(SwiRoc Corp.)股份有限公司，2016年由漢民科技投資成立，期望可以成為世界頂尖的激光產業領導廠商。目前已研發出高功率激光源，同時結合光學、機構、電控等各領域的專業團隊，依客戶的需求提供模組化的設計，協助客戶在高階激光生產設備市場上取得領先。主要產品包括高功率高亮度光纖激光 ( FL-series )，平頂光纖激光( FT-series ) 以及高功率直驅激光 ( Direct Diode Laser )。

以上內容節錄自《由琴弦到激光》王至勤◎著．王至勤出版
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1.1 光通訊產業

1.1.1 富昱晶激光 (PhCSEL Technology)： 這是全台唯一（全球唯三）能量產 PhCSEL（光子晶體面射型激光） 的公司。PhCSEL 的結構本質上就是一種高度精密的諧振腔設計，比 VCSEL 更能提供高功率且穩定的單模態輸出。
1.1.2 波若威 (Browave)： 位於新竹科學園區，強項在於光纖組件與合波器。他們提供光纖激光諧振腔內的關鍵組件（如光纖光柵、耦合器等）。
1.1.3 PhotoniCore (萊凌科技)： 專注於高功率光纖激光諧振腔（Fiber Laser Cavity），產品涵蓋側泵耦合器、光纖光柵鏡等核心部件。萊凌科技專致於光纖激光元件與...

過去50年經歷20世紀末到21世紀初的重要科技演進，例如激光(雷射)、二維條碼、個人電腦、集成(積體)電路、視窗型電腦作業系統、網際網路、激光讀寫資料儲存器(DVD)、資訊保密編碼解碼公鑰、私鑰系統、條碼式資料儲存與解碼系統、人工智慧、光電子(CPO，Co-Packaged Optics，共封裝光學)等等。
在這本書中，我嘗試回答一個橫跨半世紀、卻始終縈繞心中的問題：
自然界中那些看似彼此無關的現象——振動、光、原子、激光——是否其實是同一件事的不同表現？
本書的內容橫跨光的產業、知識產權、及理論，但其核心始終如一：自然界的各種現象，本質上是振動問題；其行為由變分原理決定，其結構由譜與對角化呈現；而激光與半導體，則是人類對這一原理最成功的工程實現。
這不是一本為初學者準備的教科書，也似乎不是以銷售量為導向的出版物。它更像是一份長期思索後的整理，一種自然世界的壓縮觀點。
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在這本書中，我嘗試回答一個橫跨半世紀、卻始終縈繞心中的問題：
自然界中那些看似彼此無關的現象——振動、光、原子、激光——是否其實是同一件事的不同表現？
本書的內容橫跨光的產業、知識產權、及理論，但其核心始終如一：自然界的各種現象...

第一章 台灣光電產業現場(2026)
1.1 光通訊產業
1.2 化合物半導體
1.3 幾家代表性的測試設備公司及其產品布局
1.4 半導體(或激光)的專家
1.5 光通訊產業鏈
1.6 矽光子或CPO
1.7 矽光子相關廠商
1.8 光子晶體面射型激光相關廠商
1.9 回顧1976年的中華民國
1.10 對照中國大陸(2026年)
1.11 知識產權訴訟案
第二章 生活中的激光魔法
2.1 激光打印的專利歷史
2.1.1 US Patent 2,297,691說明與分析
2.1.2 US Patent 3,750,189說明與分析
2.1.3 US Patent 3,970,359說明與分析
2.2 條碼(PDF417)的專利歷史
2.3 給讀者的作業一,作業二,作業三
第三章 力學、光學、數學的三合一觀點
3.1 振動力學-1976年
3.2 天體力學與攝動理論
3.3 本徵函數、本徵值
3.4 發展里程碑
3.5 物理圖像的統一
3.6 對角化
3.7 算符
3.8 1976年的正交性
3.9 跨越半個世紀之間的連結
3.10變分原理與自然界的「懶惰原則」
3.11 1976年的張量到2026年的TPU
3.12 譜理論
3.13 光(粒子與波動)的緒論
3.14 原子的受激輻射與粒子數反轉
3.15 光譜線的線型函數
第四章 激光器的運作原理
4.1 緒論
4.2 激光形成的條件
4.3 粒子數密度變化速率方程式
4.4 穩態時能階粒子數密度差值 △n
4.5 小信號工作時能階粒子數密度差值 △n0
4.6 自然增寛介質的能階粒子數密度差值 △n與飽和現象
4.7 均勻增寬介質的增益係數及增益飽和
4.8 諧振腔内光强的放大過程
4.9 依照能階選擇介質的種類
第五章 激光器的光場分布
5.1 諧振腔內光場分布
5.2 求解自再現模態積分方程
5.3 共振頻率及激光縱模態
5.4 共焦諧振腔之光場分布
5.5 商用激光的波譜線分布
5.6 激光器的核心元件
5.7 頻率拉曳效應
5.8 激光器輸出的選模(選頻)
5.9 均勻增寬型介質激光器的輸出功率
第六章 半導體激光器
6.0 半導體激光器運作過程
6.1 半導體產生受激輻射的物理現象
6.2 本質、外質、簡併半導體及準費米能階
6.3 PN接面及粒子數反轉
6.4 雙異質接面半導體激光器
6.5 半導體激光器的增益及放大
6.6 半導體激光諧振條件及輸出特性
6.7 邊射型LD(EEL)及光波導內模態分析
6.8 垂直諧振腔面射型激光器VCSEL
6.9 DFB激光器與DBR 激光器
6.10 激光器 X-Y平面的剖面結構
6.11半導體激光的製程與材料
6.12 光子晶體
第七章 光纖激光器及衛星間激光通訊
7.1 光纖激光器
7.1.1基本原理及其特點
7.1.2 摻雜稀土之光纖激光器
7.1.3 光纖卜拉格光柵 (FBG)
7.1.4 光纖卜拉格光栅激光器
7.1.5 泵浦及訊號合束器
7.1.6 高功率光纖激光技術
7.2 光放大器(LA)
7.2.1 概論
7.2.2 半導體光放大器(SOA)
7.2.3 鉺摻雜光纖放大器(EDFA)
7.3 衛星間激光通訊(OISL)
第八章 激光的建築藍圖：數學
8.1 指數與對數函數
8.2 普朗克黑體輻射率定律
8.3 虛數i ，歐拉恆等式
8.4 指數函數及對數函數的微分及積分
8.5 複數
8.6 拉普拉斯變換及傅立葉變換
8.7 厄米多項式（Hermite polynomials）
8.8 振動力學、微分方程式
索引

第一章 台灣光電產業現場(2026)
1.1 光通訊產業
1.2 化合物半導體
1.3 幾家代表性的測試設備公司及其產品布局
1.4 半導體(或激光)的專家
1.5 光通訊產業鏈
1.6 矽光子或CPO
1.7 矽光子相關廠商
1.8 光子晶體面射型激光相關廠商
1.9 回顧1976年的中華民國
1.10 對照中國大陸(2026年)
1.11 知識產權訴訟案
第二章 生活中的激光魔法
2.1 激光打印的專利歷史
2.1.1 US Patent 2,297,691說明與分析
2.1.2 US Patent 3,750,189說明與分析
2.1.3 US Patent 3,970,359說明與分析
2.2 條碼(PD...