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在科學的世界，常有人形容研究過程就像是一場與未知的搏鬥。有時候，科學家們像登山者般，逐步攀登高峰；有時候，他們則像馴獸師，嘗試馴服一頭狂野的巨獸，使之為人類所用。對於國立中央大學光電科學與工程學系的孫慶成教授來說，光學研究正是一場「馴服光」的冒險。

從交通大學到中央大學，他一路走來始終專注於光。他說，自己是中央大學光電系第一位直攻博士，也是第一個完成博士又受母校延攬任教的學者。幾十年過去，如今中央大學光電系已有二十多名老師，其中四分之一到三分之一都出自這個系所。這段歷程既展現了孫教授紮實的專業訓練，也參與了台灣光學教育重要的成長階段。

光學聽來玄妙，包含了許多艱深領域，如幾何光學、繞射光學、晶體光學，以及近年炙手可熱的量子光學。孫教授專精於幾何光學與波動光學，特別是在干涉與繞射的研究上，建構了堅實基礎。

他回憶十多年前在美國參加光子西部會議，遇到一位美國海軍專家尖銳提問，「為什麼LED晶片不直接用現有的鍍膜技術就可以將能量萃取出來？」他回答， 「因為LED光在空間和時間上都不同調。」對方立刻點頭說，「我懂了。」這次的簡短問答點出了LED光萃取技術的特殊之處，以致傳統的鍍膜方法不可行。這一瞬間，孫教授深刻體會到：對光學的真正理解，能夠讓知識跨越語言、文化與國界，直接說服一位從未謀面的國際科學專家。而這樣的能力，也成為他往後研究生涯的基石。

LED照明的發展是一場全球競賽。孫教授指出，LED就像是一匹野馬，「必須要有人來馴服」。約二十年前，孫教授應光寶科技邀請，進入研究LED光學領域，並與校內同仁組建LED固態照明研究團隊，成為這個領域的國際領先者之一。他指出，台灣LED產業主要聚焦於材料科技，但卻常常忽略LED發光時的「光學問題」。例如，LED晶片發出的光往往「跑不出來」，即使出來了，也只是藍光，需要添加螢光粉才能轉為白光。然而，螢光粉的添加量若不精確，白光就會偏黃或偏藍，且在空間中呈現不均勻的色彩分佈。

他首先要釐清的是讓光線逃逸出晶片的奧祕。他指出，雖然業界普遍知道透過表面粗化或金字塔尖錐結構可以讓光「跑出來」，但背後的物理機制卻鮮為人知。孫教授團隊釐清了LED晶片中光萃取的機制，顯示表面粗化或圖形化基板的作用，就是破壞原本全反射的環境，使得被困在晶片的光能夠改變傳輸方向，最終找到可以逃逸出晶片的角度。

孫教授團隊是全球第一個發現，並明確指出LED晶片光萃取主要機制的學者，他們當時發表的相關論文至今已獲得超過數百次引用，對產學界解決LED晶片發光效能的難題有重要貢獻，開啟了科研界後續論文的研究方向。

再來，孫教授挑戰的是如何建立精確的螢光粉模型。LED要產生白光，必須混合藍光與螢光粉。然而稍有偏差，就會偏藍或偏黃。孫教授團隊於2008年發表了國際上第一個超精確的螢光粉模型，能準確模擬白光LED的光色，原本空間色彩不均勻的難題迎刃而解。2012年，孫教授團隊創下了白光LED超低空間色偏的世界最佳紀錄，大大提升了室內照明的色彩表現，也曾創下論文投稿九天內就被重要國際期刊接受的佳績。

馴服LED光線重要的一役，不能不提到孫教授在2006年提出的「中場模型」。傳統光學只談近場與遠場，但孫教授發現兩者之間存在一個需要被精確描述的「中場」。透過蒙地卡羅模擬與對光源結構的掌握，他能以99.5%以上的空間準確度，算出LED光場的分布，這是設計LED燈具不可或缺的理論。這些技術影響了後來的LED照明光學設計，包括優化封裝結構、減少開模失誤，甚至有效降低成本。

過去十八年裡，孫教授帶領LED光色團隊協助數十家台灣廠商從逆向工程公司轉型為具備一流產品設計能力的企業，技轉金額超過新台幣五千萬元，並協助車燈廠商，讓他們在LED精確的光學照明設計上取得進展，更讓台灣設計的腳踏車LED車頭燈取得世界領先地位。

應用尖端技術與社會需求結合，似乎成了孫教授的習慣。他自己熱愛羽球，發現當時中央大學羽球館的燈光照明非常不理想，讓使用者看不情楚球的軌跡，卻看得到「眩光」的燈，影響球員表現。他運用在LED光學和照明學上的深厚造詣，為中央大學羽球館進行照明設計。在不增加用電量的情況下，將地面照度從150LUX提升至550LUX（達到大學羽場館的最高水準，500LUX已達閱讀的水準），同時兼顧防眩，成為國內羽球館新世代節能照明的典範。被問及，世界級的羽球場館是否培育出不敗的選手？他笑說，「這裡訓練出來的選手到別的學校打球，變得更艱辛了，還比較容易輸球！」

如果說LED研究是「馴服野馬」，那麼體積全像光學就是一場更艱深的探險。

體積全像光學就是「利用光，把資料儲存在一個立體的結構中」，理論上，一塊特殊的立方體感光材料可以儲存上千張類似二維條碼的影像，這是許多頂尖科學家夢想中的先進儲存技術。然而，這項技術面臨巨大挑戰。

孫教授回憶，當光波進入體積全像記錄材料時，如果參考光不是簡單的平面波或球面波，而是經過「毛玻璃亂相編碼」的複雜光波，其繞射特性便難以預測與計算。在體積全像光學的研究中，當我們以兩道光在透明材料中寫入干涉條紋，如果輸入光的波前非常簡單（例如平面波），一般的科學家都能計算出繞射光的訊號。但如果輸入光經過一片「毛玻璃」這類會打亂波前的介質，光的相位就會變得隨機與混亂，形成所謂的「亂相編碼」。雖然「亂相編碼」很適合作為資料儲存的安全鑰匙（因為難以複製），但若無法解碼，實際應用就受到很大的限制。

這個數學難題困擾了他許久。1996年，當他被聘回學校任教時，他決心攻克這個學術上的難題。在一次與交通大學指導老師許根玉教授的交談中，許老師一句話，讓他受到啟發，當時如同一道閃電打通了思緒，讓他創造出日後被日本學者稱為「孫氏模型」（Sun’s Model）的VOHIL計算模型。

這是孫教授研究生涯中極具突破性的一環，他解釋道，因這項技術建立在布拉格繞射的基礎上，利用兩道光的干涉在厚實的材料中形成肉眼不可見的條紋，進而記錄資訊，藉由三維方式來達到超高密度的資料存儲與安全編碼。所以體積全像光學能在一塊立體透明的材料中，寫入數百甚至上千張像二維條碼般的資料頁，是現今要儲存巨量資料的時代，極具潛力的儲存技術。

孫氏模型解決了複雜體積全像繞射的計算問題，特別是針對毛玻璃亂相編碼下，毛玻璃的微小的三圍位移可以造成繞射光消失，這種微奈米級的敏感度，在他的模型中被完美地解出來。他驕傲地說，該模型不僅計算量低，還能推導出非常「漂亮」的解析公式，而非僅僅依賴電腦暴力運算，這讓他的團隊在國際學術界脫穎而出，甚至有些論文的審查者雖然推薦論文的發表，但依然無法複製其計算，主要的原因是，理論的計算一再地在實驗中被完美驗證。

正是因為這項基礎研究，孫教授團隊在體積全像光資訊儲存的技術發展上可以名列前茅，擁有超過五十項台美專利，建立起極為罕見且完整的專利佈局，形成了應用上的技術壁壘。孫教授解釋，所謂的「專利壁壘」就像在核心技術周圍佈下重重地雷，從四面八方擋住競爭者的突破口，確保技術的獨佔性。例如，在讀取全像資料時，他的團隊發明了「自我干涉」的方法，並且將這種方法的可能應用形式都申請了專利，即是一種防禦策略。

體積全像光學儲存技術被公認為雲端資料庫「冷儲存」的首選技術，微軟（Microsoft）也公開表示正在發展此類技術。孫教授指出，在AI時代，資料的儲存技術將愈形重要，未來產值預估將達兆元台幣，有機會讓台灣主導國際資料庫儲存規格。然而，這項技術之所以尚未普及，是因為現有的磁帶儲存技術仍能滿足需求，且磁帶公司賺取巨額利潤，缺乏轉型動力。孫教授的體積全像技術也已開始與美國重要的光學模擬公司合作，建構商業軟體。若能成功將技術應用於價值數兆元的冷儲存市場，將會為這個世代以及下一個世代，產生巨大貢獻。但他也坦言，台灣若要在此領域爭取一席之地，必須具備長期投資與冒險精神，眼前的現實是前瞻技術的資金募集困難重重。

從LED光到體積全像光學儲存技術，孫教授的研究一直走在國際科研最前沿。而現在，他將目光投向當今全球光電界的新星——混合實境（MR）眼鏡系統。他解釋，MR眼鏡是未來「世界一統」的技術，它能讓虛擬影像與真實世界無縫融合，超越AR（擴增實境）和VR（虛擬實境）。他舉例，戴上MR眼鏡後，你看到的咖啡杯雖然在物理上不存在，但你和朋友都能看見它，若同時伸出手，甚至能「觸碰到」同一處虛擬咖啡的位置。孫教授預估再5年的時間，這項技術將可能全面改變人類生活，在可見的未來，「MR定會深刻改變人類的互動方式。」

然而，MR眼鏡的開發正面臨巨大挑戰。孫教授指出，目前的困難點在於能量消耗、計算能力和光學效率。現有的光學設計效率極低，大部分能量被浪費，導致電池續航力不足，且所需的強大運算能力又進一步加劇了耗電問題。光學系統本身更是「目前無解」的難題，雖有些軍用或原型產品能實現高效果，但成本高昂、動輒上億，再加上極低的良率使其難以普及。

面對這些挑戰，孫教授領導的跨校教授團隊，正執行行政院與科技部委託的「前瞻顯示計畫」，一再地獲得最高額的經費補助。他的團隊匯集了在體積全像技術領域鑽研時間總共超過80年的頂尖學者。這支台灣代表隊，發展出獨特的體積全像導光技術，獲得國際科技巨頭Meta的邀請，進行技術討論，近日已發表超過500%的光學效率的提出技術。

孫教授提及，Apple、Google、Meta、Microsoft、Amazon等國際巨頭都在競逐MR市場。他特別提到，賈伯斯生前就已預見眼鏡將取代手機，而Meta公司已投入了上兆台幣的研發經費；台灣團隊目前僅投入上億台幣，是一場「以小搏大」的戰役。他認為，MR眼鏡與AI時代的發展將相輔相成，MR眼鏡能提供大量高品質的影像資訊給AI，將開啟更多創新應用，例如即時分析眼前的人物資訊，甚至提供個人化的提醒。

孫教授在教學與研究上的投入，結出豐碩成果。他曾榮獲經濟部「大學產業深耕獎」、國科會／科技部「傑出研究獎」及「傑出技術移轉貢獻獎」、科技部「未來科技獎」等多項國家級獎項。在國際上，他於2005年與2010年分別獲選為國際光學工程學會會士(SPIE Fellow)和美國光學學會會士（OSA Fellow），名列史丹佛大學的「全球前2%頂尖科學家」榜單。

孫教授更是一位充滿關懷的教育者。他教導學生逾千人，大部分在國內IT產業貢獻所學，也有部分是任職台灣頂尖大學的年輕學者。他對學生的教育理念是，「不求他們成為領最高薪水的人，而是成為社會中堅的力量，去貢獻所學。」他鼓勵學生追隨自己的興趣，因為「有興趣，就會卓越」，並將眼光放諸世界，這是一種「對人生負責」的成熟態度，而非盲目追求金錢或名利。

孫教授自嘲自己是個「笨蛋」，選擇了困難且少有同行者的道路。在賺取更高的收入之前，他投入全部的時間和精力在學術研究與產業深耕。他呼籲此時此刻的台灣，必須具備「冒險的精神」和「冒險的基金」，願意投入長期且高風險的創新科技，才能在國際競爭中脫穎而出。

孫慶成教授，這位來自台南的光學博士，以其卓越的智慧、堅韌的毅力、對社會的深厚關懷，在光學領域開疆拓土。他的故事，正是台灣科技發展中，頂尖學術與產業緊密結合，創新與關懷並行的最佳寫照。