2026光学设计达人赛 从太空热管理到 AR 光学展现设计创新力
- 刘中兴／台北
-
由思渤科技携手中华民国光电学会及1111人力银行共同举办的「2026光学设计达人赛」，鼓励青年学子运用专业光学设计与模拟工具，将创意概念转化为具体设计成果。本届参赛作品横跨太空光学、超表面元件、AR波导等前瞻应用，展现学生在光学模拟、材料设计与最佳化分析上的实作能力。
本次得奖作品不仅着重光学元件本身的效能，更进一步回应能源效率、热管理、增实境显示等实际工程需求，透过 Ansys 光学模拟工具进行设计与验证，呈现新时代光学技术跨领域应用的可能性。
太空辐射被动式冷却薄膜｜以多层介电薄膜提升热辐射效率
面对太空环境中的热管理需求，得奖团队以「太空辐射被动式冷却薄膜」为题，设计由多层介电材料构成的薄膜结构，期望在反射太阳光的同时，强化特定红外波段的热辐射能力。
设计过程首先利用Python筛选适合的光学材料，再透过TMM（Transfer Matrix Method）计算不同结构的反射率与发射率，最后导入Ansys Lumerical建立模型并验证设计可行性。
经过不同材料与膜层数量的比较与最佳化后，设计在8–13 μm波段的平均红外发射率达0.945，透过高发射率将热能以辐射形式向外释放，展现被动式热管理应用的设计潜力。
单层TiO₂ 超表面：打造RGB＋NIR低吸收损耗多通道导引
另一件作品则将目光放在超表面光学与多波段光路控制。团队提出「单层TiO₂ 超表面实现RGB＋NIR低吸收损耗多通道导引」，比较传统吸收式滤光片与超表面色彩路由器的差异。
传统吸收式滤光片主要透过吸收或阻挡非目标波段完成色彩选择，因此部分光能会直接转化为损耗；团队则利用TiO₂ 高折射率材料与空气结构形成单层binary超表面，针对蓝光460 nm、绿光540 nm、红光635 nm及近红外光890 nm进行多通道光路导引。
整体结构厚度约600 nm，相较常见约1–3 μm的吸收式滤光片更加轻薄，同时具备低吸收损耗、多通道导引及提升光能利用效率等设计特色，呈现超表面技术应用于新时代光学传感与成像系统的可能性。
多阶高度反射式IMC：改善AR波导RGB消色差耦入均匀度
针对近年快速发展的AR显示应用，另一件作品「多阶高度反射式IMC设计：提升AR波导RGB消色差耦入均匀度」，则聚焦于AR眼镜波导中 RGB 光线的消色差耦入问题。
团队设计反射式in-coupling meta-coupler（IMC），使红、绿、蓝光分别耦入指定的高端导波绕射阶，并采用多阶高度结构取代传统二元深浅光栅。每个1900nm周期被切分为38个50 nm segment，并将结构高度限制于0–350nm的8个可制作level。
设计流程透过Ansys Lumerical FDTD建立反射式波导模型，搭配CEM与simulated annealing查找高度排列，再以FDTD进行外部耦入效率验证。在13个air-side FOV角度、RGB三波长所构成的39个channel中，平均外部耦入效率约达4.90%，接近5%的设计目标；uniformity U则达78.00%，有助于改善不同视场角与RGB channel之间的亮度及色彩不均问题。
这项成果也展现多阶高度光学元件在单一周期内，同时处理多波长、指定绕射阶数与大视场耦入均匀度的设计能力，为AR波导耦入器提供进一步发展方向。
从模拟走向创新，培育下一代光学人才
从太空环境中的辐射冷却、超表面多波段光路控制，到AR的RGB波导耦入，本届得奖作品反映光学技术正快速跨入太空、传感、显示与先进光电系统等多元应用领域。
透过竞赛，学生不只是提出创意概念，更进一步利用Ansys专业光学模拟工具进行建模、分析、最佳化与验证，将理论转化为可量化的工程成果。
思渤科技也将持续串联产业与学界资源，透过竞赛、技术培训与实作交流，协助更多青年学子接触产业级模拟工具，培养跨领域光学设计与工程实务能力，为台湾光电产业注入更多创新能量。
