授業科目名(和文)
[Course]
波動工学
授業科目名(英文)
[Course]
Wave Engineering
学部(研究科)
[Faculty]
情報工学部
学科(専攻)
[Department]
情報通信工学科
担当教員(○:代表教員)
[Principle Instructor(○)
and Instructors]
福嶋 丈浩  自室番号(2310)、電子メール(fuku**c.oka-pu.ac.jp)
※利用の際は,** を @に置き換えてください
単位数
[Point(Credit)]
後期 2単位
対象学生
[Eligible students]
情報通信工学科2年次生(24年度以降入学生) 情報通信工学科3年次生(22年度・23年度入学生)
授業概略と目標
[Course description and Objects]
光学は、物理学の中でも力学と並んで最も古くから発達した学問であり、我々の身近にある光を対象にしている。本講義では、光学の基礎として光の波動的な性質を学ぶ。光波を数学的に表現する方法を身につけた上で、偏光、反射・屈折、干渉、回折などの光波の基本的な性質を学ぶ。さらに、光波の応用技術を紹介する。
到達目標
[Learning Goal]
1. 光波を数学的に表現する方法を理解する。
2. 偏光、反射、屈折、干渉、回折などの光波の基本的な性質を理解する。
3. 光波に関する法則を理解し、実際の問題に応用する力を身につける。
履修上の注意
[Notes]
・高等学校の数学と物理の教科書を復習しておくことが望ましい。
・3回目の授業から、毎回、簡単な演習を行う。演習問題は、一つ前の講義の範囲から出題するので、復習を十分に行うこと。
授業計画とスケジュール
[Course schedule]
1.内容概説
 光学がどのような学問であるのか説明を行う。また、光を応用した技術を紹介する。
2.1次元的波動
 1次元の波動方程式とその一般解について学ぶ。
3.3次元的波動
 3次元の波動方程式について学ぶ。また、波動方程式の代表的な解である平面波と球面波について学ぶ。
4.ベクトルの演算
 第5回のマクスウエルの電磁方程式を学ぶための準備として、ベクトル演算(ベクトルの内積、grad、div、rot)について学ぶ。
5.マクスウェルの電磁方程式
 マクスウェルの電磁方程式について学ぶ。さらに,マクスウェルの方程式から波動方程式を導き、電磁波が波動方程式を満足する波の一種であることを学ぶ。また、光速度と屈折率について学ぶ。
6.光波の複素振幅表示と光強度
 平面波と球面波の複素振幅表示や光強度について学ぶ。
7.偏光
 自然光と偏光の違いにつて学ぶ。また、代表的な偏光状態(直線偏光、円偏光、楕円偏光)について学ぶ。
8.光の反射と屈折の法則
 媒質境界面における光の反射と屈折の法則について学ぶ。さらに、入射光、反射光、屈折光をそれぞれ平面波で表し、境界条件から反射と屈折の法則を導出する方法を学ぶ。
9.振幅反射率と振幅透過率
 媒質境界面における光の振幅反射率と振幅透過率を表すフレネルの公式を導出する方法を学ぶ。また、ストークスの定理について学ぶ。
10.全反射
 全反射について学ぶ。具体的には、臨界角、全反射における振幅反射率、表面波について学ぶ。
11.2光波の干渉1
 2光波の干渉の代表的な例として、ヤングの干渉実験と定在波について学ぶ。
12.2光波の干渉2
 その他の2光波干渉の例として、透明な板による振幅分割干渉やくさび形空気層による干渉について学ぶ。
13.多光波の干渉
 多光波の重ね合わせについて学ぶ。具体的には、多重スリットによる干渉について学ぶ。
14.回折の基礎
 ホイヘンスの原理について学ぶ。また、ホイヘンスの原理に基づいて光の反射と屈折の法則を導く方法を学ぶ。
15.レーザと光ファイバのしくみ
 光ディスク装置や光ファイバ通信の光源として用いられている半導体レーザや光の伝送路として用いられている光ファイバのしくみについて学ぶ。
成績評価方法と基準
[Grading policy (Evaluation)]
授業科目の到達目標がどれだけ達成されているかを評価する。
評点の配分は、定期試験が50%、レポート(1通)が30%、授業毎に行う演習(13回)が20%である。
なお、出席率が2/3以上を期末試験の受験資格とする。
教科書
[Textbook]
教科書:「はじめての光学 Beginner's Guide to OPTICS」(川田善正著,講談社)
また,講義資料を毎回配布する。
参考書:「電磁気学演習I」(西原浩、藤岡弘著、朝倉書店)
「基礎電気・電子工学シリーズ 電気磁気学 第2版」(安達三郎、大貫繁雄著、森北出版)
「光学」(村田和美著,サイエンス社)
「光入門」(大坪順次著、コロナ社)
「やさしい光技術」(光産業技術振興協会編、オプトロニクス社)
自主学習ガイド及び
キーワード
[Self learning]
授業の前に教科書をよく読んでおく。
演習問題の採点結果を次の週に返却するので、よく見直しを行う。
複数の書籍を読むことで深い理解が得られる。参考書の章末問題を解いて理解を深める。
キーワード:波動、偏光、反射、屈折、全反射、干渉、回折
開講年度
[Year of the course]
28