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レーザー・電子光学特論

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令和２年度以降入学者 レーザー・電子光学特論
令和元年度以前入学者 複雑系科学特論Ⅱ
令和2年度以前入学者 複雑系科学特論Ⅱ
教員名 上岡隼人
単位数    2 課程     開講区分 文理学部
科目群 相関理化学専攻
学期 前期 履修区分 選択必修
授業の形態 対面授業（受講人数を考慮した上で行う。またBlackboardによるオンデマンド型の遠隔講義も用意する。）
Blackboard ID：20221980
授業概要 レーザーの基礎物理の理解とその応用
授業のねらい・到達目標 （ねらい）レーザー光のについて基礎から応用まで学ぶこと。
（到達目標）レーザー光について、複素表現に基づいてその発振原理を量子力学的に理解出来るようになる。
授業の方法 授業の形式：【講義】
講義形式を主体として授業を進める。また、適宜プリント等を利用して内容の補足を行なう。
本授業の事前・事後学習は、各２時間の学習を目安とする。
総評などのフィードバックや質問等への対応は対面時またはBlackboard 上にて示す。
本授業の事前・事後学習は、各２時間の学習を目安とする。

対面参加が困難な学生については、教員の許可を前提としてオンデマンド型などの遠隔講義で対応する。許可を受けずにオンデマンド型で受講した場合は、原則として「欠席扱い」とする。
授業計画
1 各種レーザーを紹介する。【対面授業】
【事前学習】教科書の第一章（各種レーザーについて）を予習しておくこと。 （2時間）
【事後学習】教科書の第一章と講義内容をノートにまとめておくこと。 （2時間）
2 光のコヒーレンスについて学ぶ。【対面授業】
【事前学習】光の干渉現象について予習しておくこと。 （2時間）
【事後学習】光の干渉およびコヒーレンスについてノートにまとめておくこと。 （2時間）
3 電磁光学１（マクスウェル方程式と光の反射・屈折）について学ぶ。【対面授業】
【事前学習】電磁気学および光学について予習しておくこと。 （2時間）
【事後学習】複素数を用いた光の表式についてノートにまとめておくこと。 （2時間）
4 電磁光学２（共振器と導波路）について学ぶ。【対面授業】
【事前学習】光の屈折および反射（全反射）の複素表示形式について復習しておくこと。 （2時間）
【事後学習】共振器と導波路内における光の伝搬についてノートにまとめておくこと。 （2時間）
5 電磁光学３（ガウスビーム）について学ぶ。【対面授業】
【事前学習】共振器と導波路内における光の伝搬について復習しておくこと。 （2時間）
【事後学習】ガウスビームの伝搬とそのモードについてノートにまとめておくこと。 （2時間）
6 量子光学１（黒体輻射および光の吸収と放出）について学ぶ。【対面授業】
【事前学習】統計熱力学と量子力学の波動関数について復習しておくこと。 （2時間）
【事後学習】黒体輻射の原理と光吸収・放出の量子力学的扱いについてノートにまとめておくこと。 （2時間）
7 量子光学２（屈折率と複素感受率）について学ぶ。【対面授業】
【事前学習】光吸収・放出の扱いと波動の複素表記について復習しておくこと。 （2時間）
【事後学習】屈折率と複素感受率の導出とその表式の意味についてノートにまとめておくこと。 （2時間）
8 講義内容の理解を深めるため、これまでの復習とその解説を行う。【対面授業】
【事前学習】第１回～第７回の内容を復習しておくこと。 （2時間）
【事後学習】学修した内容の整理をする。 （2時間）
9 レーザーの原理１（反転分布と増幅）について学ぶ。【対面授業】
【事前学習】離散的なエネルギー準位と光吸収・放出について復習しておくこと。 （2時間）
【事後学習】反転分布状態からの緩和を表すレート方程式についてノートにまとめておくこと。 （2時間）
10 レーザーの原理２（レーザー発振）について学ぶ。【対面授業】
【事前学習】反転分布状態と光の増幅について復習しておくこと （2時間）
【事後学習】レーザー発振とその条件についてノートにまとめておくこと。 （2時間）
11 レーザーの出力特性１（レーザー発振の過程）について学ぶ。【対面授業】
【事前学習】レート方程式とレーザー発振について復習しておくこと。 （2時間）
【事後学習】レーザー発振における閾値と微分方程式についてノートにまとめておくこと。 （2時間）
12 レーザーの出力特性２（Ｑスイッチ）について学ぶ。【対面授業】
【事前学習】レーザー発振の過程について復習しておくこと。 （2時間）
【事後学習】発振における数値微分方程式とＱスイッチについての理解をノートにまとめておくこと。 （2時間）
13 媒質との相互作用１（２準位系と電磁場）について学ぶ。【対面授業】
【事前学習】量子力学の波動関数について復習しておくこと。 （2時間）
【事後学習】遷移確率の導出と双極子モーメントについてノートにまとめておくこと。 （2時間）
14 媒質との相互作用２（相互作用の例）について学ぶ。【対面授業】
【事前学習】二準位系と光の相互作用について復習しておくこと （2時間）
【事後学習】実際の系における相互作用例についてノートにまとめておくこと。 （2時間）
15 講義内容の理解を深めるため、これまでの復習とその解説を行う。【対面授業】
【事前学習】第９回～第１４回の内容を復習しておくこと。 （2時間）
【事後学習】学修した内容の整理をする。 （2時間）
その他
教科書 霜田 光一 『レーザー物理入門』 岩波書店 1983年 第1版
参考書 Amnon Yariv, Pochi Yeh (著), 多田 邦雄, 神谷 武志 (翻訳) 『光エレクトロニクス　基礎編』 丸善 2010年 第6版
成績評価の方法及び基準 レポート(60%)、授業参画度(40%)
レポート:Blackboard上で提出（原則としてWord形式。その他はPDF形式、手書きノートの写真など）(60%)
授業参画度：40％
対面参加が困難な学生については、Blackboard上のオンデマンド教材を元にレポートもしくはテストの解答を提出する形式を予定。
Blackboardで示したテストやレポートの期日は厳守すること。提出の遅延は減点する。
評価は、レポートやテストの点数およびBlackboard上のテストの点数、参画度などを合わせて行う。
オフィスアワー 8号館B棟114号室 上岡研 (水曜2限目)、またはBlackboardからのメールにて対応する。

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