後期 木曜日 ３講時. 単位数/Credit(s): 2. 担当教員/Instructor : 岩井 伸一郎. 学期/Semester: 後期. 開講年度/Year: 2024. 科目ナンバリング/Course code/number: SPH-PHY255J. 使用言語/Language Used in Course: 日本語.
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量子物性物理学講座（超高速分光分野）
物理光学
Optics
光の電磁波としての性質（振幅、周波数、位相、偏光）とその記述法と、光が物質に入射した際の干渉、回折、反射、屈折の原理を理解する。また、“色”の起源である「光と物質（絶縁体、金属、磁性体）の相互作用」の基礎を理解する。その応用として発光ダイオード、レーザー、光周波数コムなどの先端光デバイスについても学ぶ。
Fundamental properties of light (amplitude, frequency, initial phase, polarization) as a electromagnetic wave and the principle of optics (reflection, refraction, interference, diffraction) will be introduced. In the latter part, light-matter (metal, insulator, magnet) interactions will be learned as an origin of color of materials. Moreover, optical devices (Light Emitting Diod, Laser, Optical frequency Comb) wlll be also discussed.
・光の電磁波としての基本概念（振幅、周波数、位相、偏光）とその記述法を学ぶ。
・光の回折、干渉、反射、屈折の基本原理を理解する。
・絶縁体、金属、磁性体の色や光沢の起源を巨視的および微視的（電子論的）な立場から理解する。
・レンズや鏡、偏光素子、発光ダイオード、レーザー、周波数コムなどの光学実験装置の原理と使い方を学ぶ。
Understanding
* method to describe light as an electromagnetic wave
* refractive index, Snell's low, low of reflection, interference, diffraction
* origin of color (complex description of refractive index) from macroscopic and microscopic view points
* optical devices and lasers
第1回 はじめに
・光とは何か？ ・物質の色とは何か？・レーザー ・超高速（フェムト秒、アト秒）の世界
第2回 波（電磁波）の性質と記述法1
・波の伝播、うなりとフーリエ展開、位相速度と群速度
第3回 波（電磁波）の性質と記述法1
・マクスウェル方程式と波動方程式、偏光、ジョーンズ行列
第4回 干渉1
・波面分割と振幅分割、薄膜の干渉（二光束干渉）マイケルソン干渉計
第5回 干渉2
・ファブリーペロー干渉計、多層膜と特性行列
第6回 回折
・フレネルの理論と回折積分、フラウンフォーファー回折とフレネル回折、回折格子
第7回 反射と屈折1
・屈折の法則、スネルの法則、ブリュースター角、全反射（エバネッセント波）
第8回 反射と屈折2
・結晶光学と複屈折、
・磁気光学（旋光性と円二色性）
第9回 物質中の光の伝播；誘電率と光学整数1
・空はなぜ青い ？ 電気双極子放射とレーリー散乱
・ローレンツモデルとドルーデモデル
第10回 物質中の光の伝播；誘電率と光学整数2
・縦波と横波、ポラリトンと金属の全反射
・振動子強度
・クラマースクローニッヒの関係
第11回 物質の電子状態と色
・金属と絶縁体
・ルビーやエメラルドの色の起源は？結晶場分裂
第12回 レーザー1 レーザーの原理
・反転分布と誘導放出
・共振器構造と発振現象
第13回 レーザー2 超短パルスレーザー
・モードロック
・光周波数コムとキャリアエンベロープ位相(CEP)
・光による物質（電子、スピン）の操作
1 Introduction : What is light ?
*What is color of materials? *Laser; Introduction to femtosecond-attosecond world
2 Nature and descriptions of wave: #1
*Propagation of a wave, beat and Fourier expansion , phase velocity and group velocity
3 Nature and descriptions of wave: #2
*Maxwell equation and propagation equation, polarization, Jones vector & Jones matrix
4 Interference #1
*Wavefront splitting and Amplitude splitting, Thin film, Michelson interferometer,
5 Interference #2
*Fabry-Perot interferometer, Multi-layer film
6 Diffraction
*Fresnel integral, Fraunhofer diffraction and Fresnel integral, diffraction grating
7 Reflection and refraction #1
* Snell's low, Brewster's angle,total reflection(evanescent wave),
8 Reflection and refraction #2
*Crystal optics and birefringence、 Megneto optics
9 Propagation of light in matte #1:dielectric function and optical constant
*Reasons for the blue sky and red sunset ? electric dipole approximation and Rayleigh scattering
*Lorentz model and Drude model
10 Propagation of light in matte #2 :dielectric function and optical constant
* Longitudinal wave and transverse wave, polariton
11 Color of matter
* Electronic structures of insulator and metal, crystal field splitting
12 Laser #1 Principle of laser
* Population inversion and stimulated emission, cavity and laser oscillation
13 Laser #2 Ultrashort pulse laser
* Modelock, Frequency comb and Carrier envelope phase (CEP)
* Ultrafast control of charge/spin by light
レポート
Reports
特に指定しないが、参考書として
Max Born 光学の原理I-III、Hecht 光学、など一般的な光学や光物性の教科書
レポート
None
クラスコード：xax4tde