光物理工学 / Optical Nano-Science

単位数: 2. 担当教員: 藤原 巧. 開講年度: 2024. 科目ナンバリング: TEI-APP310J.

主要授業科目/Essential Subjects

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授業の目的・概要及び達成方法等

Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。
学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)

１．目的
　　光物理・光ナノサイエンスの基礎（光の本質・特徴、光と物質の相互作用など）を学び、さらに、それらの知識を活かして光学物性の応用に対する理解を深める。
２．概要
　　電磁波としての光、光と物質の相互作用（古典論、量子論）、レーザーや光ファイバの物理、各種固体材料と光学物性について講義する。また、固体の構造・対称性に由来する非線形光学特性や光波を制御する機能性、光学計測、光学機器、光学デバイスについて解説する。
３．達成目標等
・光の特性、性質を理解する。
・光と物質の相互作用を、電磁気学、量子力学、物性物理学により理解する。
・光学材料、光学計測、光学機器、光学デバイスを理解する。

授業は資料配布により行います。受講希望者は、fujiwara@laser.apph.tohoku.ac.jpまでメールしてください。

授業の目的・概要及び達成方法等(Ｅ）

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of
the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

The Optical Physics and Photonic Engineering course offers fundamental subjects of optical matters in solids and recent application for photonic engineering. All students expect to understand and consider the related physics, materials, and devices.

他の授業科目との関連及び履修上の注意

電磁気学、量子力学、物性物理学を履修し、基本事項を理解していること。

他の授業科目との関連及び履修上の注意(Ｅ）

Expecting to understand electromagnetics, quantum physics, and solid state physics

授業計画

１．序論：光とは何か
２．光波の取扱い：電磁波と波動方程式
３．光学現象I：屈折と吸収
４．光学現象II：透過、反射、散乱
５．誘電関数と光学定数I：分極と誘電関数
６．誘電関数と光学定数II：光学定数とクラマース・クローニヒの関係
７．光と物質の相互作用I：古典論と分散関係
８．光と物質の相互作用II：光・電子系の相互作用と光遷移確率
９．物質の光スペクトルI：光吸収係数と振動子強度
10．物質の光スペクトルII：物質のミクロ構造と色
11．非線形光学物性I：非線形分極の物理
12．非線形光学物性II：物質の対称性と非線形光学効果
13．光機能材料：光学結晶・ガラス材料
14．レーザーの物理：反転分布と光共振器
15．光ファイバ通信と光学デバイス：光波の伝搬と光波制御

授業計画(Ｅ）

1. Optics and photonics for engineering
2. Electromagnetic wave
3. Absorption and refraction in the matter
4. Scattering, reflection, and transparency
5. Optical constants I
6. Optical constants II
7. Optical properties in condensed matter physics I
8. Optical properties in condensed matter physics II
9. Optical characteristics in solid I
10. Optical characteristics in solid II
11. Nonlinear optics in solid I
12. Nonlinear optics in solid II
13. Photonic materials: order/disorder structure
14. Laser physics
15. Optical fibers and devices for controlling the light

授業時間外学習

レポートの作成（２回）：光学及び光工学

授業時間外学習（Ｅ）

Two reports on optics and optical engineering

成績評価方法及び基準

定期試験の成績、演習・レポートの成績、および講義への出席状況を総合して評価する。

成績評価方法及び基準(Ｅ）

Reports and examinations

教科書および参考書

• ファインマン物理学(II)光熱波動, ファインマン他富山小太郎訳, 岩波書店 ISBN/ISSN: 4000077120
• 光物性物理学, 櫛田孝司, 朝倉書店 ISBN/ISSN: 4254130511
• 光エレクトロニクスの基礎, Amnon Yariv 多田邦雄・神谷武志訳, 丸善 ISBN/ISSN: 9784621033104

実務・実践的授業/Practicalbusiness※○は、実務・実践的授業であることを示す。/Note:"○"Indicatesthe practicalbusiness

〇授業科目に関連する実務経験を有している者が、その実務経験を授業に活かしつつ、実践的教育を行っている場合