科目名[英文名]
フォトニクス   [Photonics]
区分	工学部専門科目等	選択必修		単位数	2
対象学科等		対象年次	3～4	開講時期	1学期
授業形態	1学期	時間割番号	023608
責任教員 [ローマ字表記]
室尾 和之   [MUROO Kazuyuki]
所属	工学部	研究室	４号館５３２号室	メールアドレス

概要

現代のフォトニクスは「光学」と「レーザー科学」を基礎に、めざましい発展をとげている。光技術は各種画像作成・記録、とともに高集積回路作製、光情報記録、光通信など現代の先端技術に広く応用されている。本講義は主として「光学」であり、幾何光学および波動光学を解説する。「波動物理」および「電磁気学I,II]で学んだ電磁波（光）に関する内容を基本として展開する。それぞれの基本原理とその発展を明らかにする。このような過程で、光の本性を理解することに重点を置き、物理的意味を明確にする。幾何光学は、光を光線で表し、媒質中の光の経路を求るものである。、直感的描像を得ることが容易で、また実用的にも重要である。波動光学は光の波動的性質に基く現象を扱う。ここで展開される考え方は光波のみに限らず、量子力学での物質波、固体中での励起状態などにも共通するのもである。

到達基準

光の性質について幾何光学と波動光学を通して理解し、説明できる。 本科目のディプロマ・ポリシーの観点：履修案内のカリキュラムマップを参照してください。

授業内容

Ｉ　幾何光学 （３回） １．反射・屈折、　スネルの法則、　全反射；光の反射・屈折を例に、光線を定義。ついで幾何光学の基本原理、スネルの法則を説明する。 ２．レンズ：　近軸近似による結像公式、組み合わせレンズ；結像を定義する。スネルの法則を用いて球面での屈折光の方向を導き、近軸近似のもとで結像すること、結像公式を示す。結像公式を用いて、各種のレンズ配置について結像を調べる。 ３．レンズの性質：レンズを用いるうえで必要な特性を説明する。収差についても言及する。 II　波動（電磁）光学の基礎 （２回） 光学で必要となる、電磁波の性質について、主として講義「光・波動」を基に復習する。 １．電磁波：Maxwellから波動方程式、平面波 ２．電磁波のエネルギー、光強度（Poynting Vector） III　干渉 （３回） １．２光束干渉：波の重ね合わせ、ヤングの干渉、マイケルソン干渉；「波の重ね合わせ」を説明し、その帰結として「干渉」を理解する。波動光学の基本原理となることを強調する。 ２．多光束干渉：ファブリー・ペロー干渉計；１．で得られた干渉の概念を確認しながら、「多光束干渉」の特徴を理解する。 ３．光共振器：　ファブリー・ペロー型光共振器、共振器のＱ；多光束干渉の応用としての光共振器を説明。さらに、境界のもとでの波動の形態という観点から検討する。 IV　回折 （４回） １．ホイヘンスの原理：回折の直感的理解 ２．Fraunhofer 回折：光波の重ね合わせから回折像を導く。 ３．回折と分解能：回折による結像のぼけを説明。回折限界を認識する。量子力学での不確定性原理との対応について言及。 Ｖ　反射・屈折－Fresnelの公式 （２回） １．境界条件：電磁波に対して境界の及ぼす影響を説明。 ２．反射・屈折：境界条件のもとで電磁波の伝搬を考察し、Fresnelの公式を導く。 まとめ 期末試験

履修条件・関連項目

２年次までの数学および「電磁気学」,「振動・波動」の知識を基礎としている。量子エレクトロニクス（３年後期）は関連する一連の講義である。本学の標準時間数に準ずる予習と復習を行うこと。

テキスト・教科書

テキストは指定しない。

参考書

Hecht 著「Optics，2nd Ed．」を推奨。また石黒浩三著「光学」（共立出版）、 久保田広「応用光学」（岩波全書）なども、それぞれ特徴のある参考書である。

成績評価の方法

幾何光学、波動光学、それぞれについて課題を出す。これらレポートと期末試験の成績をもとに評価する。レポート約２５％、試験約７５％の割合。

教員から一言

光学現象は日常的に体験できるものであり、光学技術は現代科学技術の諸分野で広く実用化されている。しかし、現代の学生は、光学理論を体系的に学習する機会には必ずしも恵まれてはいない。本講義では、光学を単なる古典的な理論体系としてではなく、現代科学技術の最先端につながるものとして取り上げる。

キーワード

幾何光学，レンズの結像，波動光学，光波，干渉・回折

オフィスアワー

月曜１２：００－１３：００（メールによる連絡可）

備考１

備考２

参照ホームページ

開講言語

日本語

語学学習科目

更新日付

2019/03/20 12:16:26