光波工学

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現在実用化されている光ファイバ通信、光ディスク、液晶ディスプレイなどに代表される光技術には光の波動としての性質と物質の光学的性質が巧みに使われています。講義では、光のコヒーレント波動としての物理的性質の理解を目標に、電磁光学、幾何光学、波動光学、フーリエ光学の基礎を概観します。

波動と光、電磁気学、工学基礎数学

微分積分学第一・第二、線形代数学第一・第二

教科書:川田善正著「はじめての光学」講談社(2014)
参考書:富田康生著「光波エレクトロニクス」 培風館(1997)、アムノン ヤリフ著 多田・神谷訳「光エレクトロニクス 基礎編・展開編」 丸善(2000)、 ユージン ヘクト著 尾崎・朝倉訳「ヘクト光学(1)～(3)」丸善(2002)

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以下の内容について講義を行います。

1. 光波工学の概要
2. 光の基礎 -波としての光、粒子としての光-
3. 電磁波としての光
4. 光波の伝搬について
5. 光波の偏光、反射、屈折について
6. 光波の干渉について - ヤングの干渉実験 -
7. 光波の干渉について - 薄膜干渉、干渉計、ホログラフィ -
8. 光波の回折について - フレネル回折、フラウンホーファー回折 -
9. 光波の回折について - レンズによる回折像の取得 -
10. 光学とフーリエ変換について
11. 結像理論の基礎について
12. 空間周波数と回折限界について
13. 周期構造による回折とエバルド球について
14. 双極子モデルと屈折率分散について
15. 光共振器、光導波路について

光学は、式が多く出てきて一見とても複雑なように感じるかも知れません。実は極めてシンプルで、直感的なイメージと結びつけば、光の性質が理論的に理解できます。
ただ聴講するだけではなく、ぜひ自分でノートを作り、式変形を追い、図を書いて下さい。
講義では、できるだけ式変形を省略せず、導出の過程を解説したいと思っています。

講義の中盤で中間試験を、最後に期末試験を行います。

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講義の板書は、google classroomにアップします。復習にお使い下さい。

毎回、講義で簡単な問題を出します。それに回答して復習して下さい。
講義は、ただ聴講したり本を読むのではなく、ぜひ自分でノートを作り、自分の手で式を書いて追い、図を書いてください。それが理解の近道です。

(a) 評価方法:
中間試験:50%
期末試験:50%
(b) 評価基準:
以下の到達レベルをもって合格の最低基準とします。
(1)フェルマーの原理に基づく光線伝搬と結像の概念を正しく説明できる。
(2)光の干渉と回折の概念と性質について正しく説明できる。
(3)空間周波数の概念ならびに光学的フーリエ変換やホログラフィーの原理について正しく説明できる。
(4)電磁波としての光の基本的性質について正しく説明できる。
(5)光共振器や光導波路の基礎について正しく説明できる。

まずはSatoru.Shoji@uec.ac.jpまで、メールで相談下さい。
講義で分からないこと、質問は、些細なことでも早めに気軽に尋ねて下さい。

光は様々な分野で使われています。観察、映像、分光分析、センシング、微細/精密加工、高密度情報記録、高速通信、情報処理、2D/3Dディスプレイ、医用、環境工学など、今や光を使わない技術を探す方が難しいです。
宇宙の果てから原子のレベルまで、電波から赤外、可視、紫外、X線、ガンマ線と、我々の身の回りは光で満ち満ちあふれています。
ぜひ、なないろの光の科学の基本を知り、多種多様の光技術の原理を理解しましょう。

「一家に一枚」光マップが、以下のサイトからダウンロードできます。
https://stw.mext.go.jp/series.html
ぜひ、自宅の壁に貼ってながめて下さい！