本期文章之重點是光電科技在海洋開發之應用；有鑒於海面、水體與海底均為海洋立體空間開發應用之範疇，因而主題包含有水下通訊、海底地震儀及光波遙測在海洋生物資源之應用等，玆向各位讀者說明每篇文章大要：

1.洪賢昇、蕭煌耀、簡永烈，「應用於水下通訊的空時域信號偵測器」：本文係針對水下聲傳數據機介紹近年來水體之空時域信號偵測器之發展與應用。此一偵測器係使用水中感音陣列裝置的接收訊號，經過盲蔽波束構成器的空間濾波及決策回授等化器的通道等化而得。

2.李昭興，「海底地震儀在地震監測的應用」：本文將介紹近年來海底地震儀之原理設計、發展之成果，以及應用於台灣週邊水域之新發現。

3.李明安、廖正信，「光波遙測在生物資源開發之應用-以東北部海域燈火漁業為例」：光波遙測資訊可監測廣海域海面溫度鋒面、湧昇與渦流區的實時間動態，藉以掌控漁業生物資源與漁場位置變動特性。本文除說明光波技術在海洋生物資源開發之應用外，並以台灣東北部海域燈火漁業之生物資源為例，探討由遙測環境徵候對該漁業之影響。

4.黃將修、黃國根、劉兆昕、陳明裕、孫啟光，「非侵入式光電倍頻顯微術在浮游橈足類研究上的應用」：本文中提及有必要利用非侵入式光電倍頻顯微術來從事更深入的分析與研究以達到我們對橈足類生物學與生態學、發生生物學、3D結構、微行為等上的充分了解。

5.謝銘信、趙儒民，「水下獨立通訊系統之實現」：本文主要的目的在實現一水下獨立通訊系統，藉由水下通訊、訊號編碼、解碼、訊號處理的技術與機電整合的概念，將欲傳達的指令經由操控平台發射，由水下載具接收到指令後依其指令完成其動作。

6.J. Rudi Strickler、Jiang-Shiou Hwang、Ed Malkiel、Joseph Katz、Alexandre Arnodin，「光學視訊設備研發以觀察野外現場的浮游動物」：此篇文章主要介紹以光學視訊設備深入研究有關海洋深處與湖泊深處的生態系，以及獲取有關浮游動物作為魚群潛在食物來源的更佳資料，作者研發許多能在野外現場觀察浮游動物的光學科技。

作者：黃將修／國立台灣海洋大學海洋生物研究所 教授

　　　李明安／國立台灣海洋大學環境生物與漁業科學學系 教授

　水下通訊是先進國家積極發展的海下技術。本文擬針對水下聲傳數據機介紹近年來作者及其研究團隊提出的空時域信號偵測器。此偵測器使用水中感音陣列裝置的接收訊號，經過盲蔽波束構成器的空間濾波及決策回授等化器的通道等化而得。其中的盲蔽波束構成器係利用通訊信號的周期平穩特性及鎖相迴路來設計，以克服傳統的波束構成器對於陣列位置誤差和目標信號的指向誤差敏感的缺點。所提出的信號偵測器經由在多重干擾和同調干擾之通道模型下的電腦模擬結果驗證有良好的信號偵測能力。

作者：洪賢昇／國立台灣海洋大學電機系 教授

　　　蕭煌耀／國立台灣海洋大學電機系 碩士生

　　　簡永烈／國立台灣海洋大學電機系 碩士生 　　　

　最新一代的精巧海底地震儀 (MicrOBS) 已經被法國海洋科技中心 (IFREMER)發明出來了。而且2003年11-12月間與我國合作，投置在龜山島東方海域，測試天然地震的接收效果。其結果發現每天平均可接獲五十餘次的地震，資料品質很好。同時，也以人工震源方式，來測試廣角折射資料的接收，其效果亦佳。這項精巧海底地震儀重量只有20公斤，是第一次將資料收集和儀器釋放的兩大繁雜電子系統設計在同一電路版上，大大地減少了儀器的體積和重量，同時減少了成本。因為操作電腦、下載資料、和電池充電可以完全在地震儀的玻璃球外作業，所以也降低了瑣碎的儀器操控，並增加儀器在被投置海底的機動性。我們已經訂購七部精巧海底地震儀，成為法國這項科技產品的第一位顧客。預備展開我國海底地震的監測工作及其他海洋地球物理探勘。

關鍵字：海底地震儀、天然地震、廣角折射、地球物理探勘

作者：李昭興／海洋大學應用地球科學研究所 教授

　　光波遙測資訊可監測廣海域海面溫度鋒面、湧昇與渦流區的實時間動態，藉以掌控漁業生物資源與漁場位置變動特性。本文除說明光波技術在海洋生物資源開發之應用外，並以1998~2001年台灣東北部海域燈火漁業之漁獲特性與分布特性為例，將其與光波遙測海洋表面環境特徵相比對，以探討由遙測環境徵候對該漁業主要漁獲魚種時空分布特性之影響。

　Noninvasive Harmonic Optical Microscopy--非侵入式倍頻顯微術，是一項新興的光學顯微術，對於生物體觀察還有材料晶體結構分析，是一套強而有力的工具。

　HOM（非侵入式倍頻顯微術）的原理主要是利用聚焦雷射光在物體結構上產生二倍頻率激發（second harmonic generation SHG excitation）和三倍頻率激發（third harmonic generation THG excitation）（Figure 1）。一般來說，排列整齊的細胞組織，因為生物晶體結構分佈，會產生局部二倍頻激發； 而三倍頻主要發生在物體介面上，因為介質中光學性質的不連續性。 把以上兩個特性相結合，我們便可以得到物體影像的資訊。

　因為二倍頻，三倍頻在光學上的非線性特性，在局部產生激發，我們可以得到良好的三維空間解析度；更因為倍頻激發不涉及電子能階的躍遷（虛擬能階躍遷），因此不會造成雷射光能量散失，就不會把能量留在所要觀察的物體上，發生光破壞；倍頻激發也沒有光漂白問題，能持續地對活體觀察，不改變其周遭的環境與本身的特性，達到真正的real-time noninvasive in vivo顯微術，Figure 2乃非侵入式倍頻顯微術系統簡圖。以目前的技術，倍頻顯微術可以清楚地看到次微米等級的物體，穿透度更高達1.5 毫米(10-3m)。

作者：黃將修／國立台灣海洋大學海洋生物研究所 教授

　　　黃國根、劉兆昕、陳明裕／國立台灣大學電機系

　　　孫啟光／國立台灣大學電機系 教授

　對於無人之自主式水下載具(AUV)或是無人遙控潛航器(ROV)進行水下物件搜索或檢測工作時，對於操控員而言，下達欲傳送的指令至該載具，使載具能準確依其指令完成其動作是相當重要的。

　本文主要的目的在實現一水下獨立通訊系統，整合本系現有的水中聲學設備與National Instruments(美商國家儀器公司)所生產的儀器與其開發軟體LabVIEW（圖控程式語言），作為儀器的溝通。藉由水下通訊、訊號編碼、解碼、訊號處理的技術與機電整合的概念，將欲傳達的指令經由操控平台發射，由水下載具接收到指令後依其指令完成其動作。

　藉由單一水下麥克風，傳送編碼後大寫英文字母指令，再藉由另一只水下麥克風接收，經由訊號處理即便是達到簡易之內定通訊及控制指令。經由實驗所得到結果，此架構已能在本系拖行水槽相距100m成功的辨識經由操控平台所發射出的任何控制指令。

　自主式水下載具若能結合本系統之成果，則可對該載具提供一份掌控及保障；本技術亦可與相關水文探測系統結合，以有效控制相關水下量測設備。

作者：謝銘信／成功大學系統暨船舶機電工程研究所 研究生

　　　趙儒民／成功大學系統暨船舶機電工程系 教授

　為了深入研究有關海洋深處與湖泊深處的生態系，以及獲取有關浮游動物作為魚群潛在食物來源的更佳資料，我們研發許多讓我們能在野外現場觀察浮游動物的光學科技。我們探討辨識浮游動物的光學方法，以及長期偵測浮游動物的行為。

　由於大部分的浮游動物乃是透明的，這些浮游動物較接近相物體(phase objects)而非振幅物體(amplitude objects)，因此我們從觀察相柵的基礎上開始，並討論以透鏡系統作為操作設備，以二維傅立葉轉換的方式來過濾資訊。

　接著，展示來自最近光學設計的研究成果，並討論這些設計的參數特徵。我們的結論顯示，不管在理論或實務上，進一步的研究可以增進我們的技術，以直接觀察在湖海的水域深處生活的浮游動物。

作者簡介：

J. Rudi Strickler

WATER Institute 

University of Wisconsin – Milwaukee

　

*Jiang-Shiou Hwang（通訊作者）

Institute of Marine Biology

National Taiwan Ocean University

　

Ed Malkiel

Johns Hopkins University

Department of Mechanical Engineering

Whiting School of Engineering

 

Joseph Katz

Johns Hopkins University

Department of Mechanical Engineering

Whiting School of Engineering

　

Alexandre Arnodin

WATER Institute

University of Wisconsin – Milwaukee