光エレクトロニクス特論

Optoelectronics

994D55A

43ELELD502

福地　裕

Yutaka Fukuchi

2024年度後期

2024 Second Semester

火曜3限

Tuesday 3rd. Period

工学研究科　電気工学専攻

Department of Electrical Engineering, Graduate School of Engineering

2.0単位

講義

Lecture

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⑥ [遠隔]ブレンド型授業/ [Remote] Blended format (may include less than 50% classes held on-site)

本講義では、大学院生に光エレクトロニクスデバイスとそれらの応用について幅広く紹介する。

This course introduces a broad range of optoelectronic devices and their applications to graduate students.

本講義の目的は、大学院生に光エレクトロニクスデバイスの原理、設計、実用、および様々な応用について紹介することである。

The objective of this course is to introduce the principles, design, practical use, and various applications of optoelectronic devices to graduate students.

本講義の到達目標は、大学院生が、レーザ、発光ダイオード、光導波路、光変調器、および光検出器について理解し、また学んだ知識の実用での活用法を習得することである。

Graduate students will be able to understand lasers, light-emitting diodes, optical waveguides, optical modulators, and optical detectors, and also will be able to learn how to use their knowledge in practice.

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

大学院生は、発表や討論に参加することが求められています。

Graduate students are expected to participate in the presentations and the discussions.

課題に対する作文　Essay／小テストの実施　Quiz type test／ディベート・ディスカッション　Debate/Discussion／プレゼンテーション　Presentation

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大学院生は、教科書を復習し、予定された期日に関連する宿題を提出することが求められています。

Graduate students are expected to review the textbooks and return the related homework on time.

授業期間中の宿題(30％)、内部発表(50％)、クラスの討論(20％)により評価

Assessed based on midterm homework (30%), internal presentations (50%), and class discussions (20%)

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

Y

書名：Photonics: Optical Electronics in Modern Communications
著者：Amnon Yariv, Pochi Yeh
出版社：Oxford University Press

教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

特になし（授業時に資料を配布することがある。）

Not specified (Handouts may be distributed in class.)

Photonics: Optical Electronics in Modern Communications
Amnon Yariv, Pochi Yeh
Oxford University Press

この授業は、最も効果的・効率的な授業の実施⽅法として[遠隔]ブレンド型授業を採用し、同時かつ双方向に行われます。

以下に示すシラバスの授業計画に沿って、LETUSに授業で用いる解説教材や、定期的な理解度を把握するための小テスト、振り返り、演習、課題等を計画的に展開します。

授業ではその回の解説や課題発表の後、質問のための時間を確保するとともに、Zoomチャット機能等を用いて振り返り課題を出し、提出を求めます。

振り返り課題に対する解説は、全て次回の授業の中で行い（フィードバック）ます。

教員と学生間および学⽣同⼠の意⾒交換やコミュニケーションの機会等も、対面回とオンライン回の両方で確保しす。

授業を進めて行く中での周知事項等は、授業の中で伝えるかLETUSへの掲示で行います。

授業の進め方や評価等についての詳しい説明は、LETUSの解説動画で確認できます。


1. 基本方程式
マクスウェルの方程式と波動方程式を理解する

2. 波の伝搬
平面波、ガウシアンビーム、ABCD行列、位相速度、および群速度を理解する

3. 光ファイバ (1)
ステップインデックスファイバ、グレーデッドインデックスファイバ、偏波保持ファイバ、および光ファイバケーブルの構造と製造技術を理解する

4. 光ファイバ (2)
光学の様々な法則と各種の定義、モード理論、ファイバモード、開口数、Vパラメータ、カットオフ周波数、および各種の分散を理解する

5. 光共振器 (1)
光共振器の機能、構造、および特性を理解する

6. 光共振器 (2)
共振器モード、モード間隔、分解能、およびファブリ・ペローエタロンを理解する

7. レーザ媒質 (1)
エネルギー帯、バンドギャップ、基底状態、励起状態を理解する

8. レーザ媒質 (2)
自然放出、誘導放出、吸収、レート方程式、反転分布、およびアインシュタインのA係数とB係数を理解する

9. レーザ媒質 (3)
3準位レーザおよび4準位レーザにおける利得媒質の機能、構成、および特性を理解する

10. 連続波レーザ
レーザの利得プロファイル、スペクトル、しきい値、および出力電力を理解する

11. パルスレーザ
Qスイッチデバイスとモード同期デバイスの機能、構造、および特性を理解する

12. 半導体光源 (1)
光半導体の物理、材料、および構成を理解する

13. 半導体光源 (2)
発光ダイオード、単一モードレーザ、様々なレーザダイオード変調の機能、構造、および特性を理解する

14. 光検出器
光検出器の動作原理、材料、種類、構造、および特性を理解する

15. その他の光学素子
光合分波器、光フィルタ、サーキュレータ、光減衰器、クロスコネクト、アドドロップマルチプレクサ、光スイッチ、光増幅器、光波長変換器、光干渉計、および光変調器を理解する


1. Basic equation
Understand Maxwell’s equations and wave equations

2. Wave propagation
Understand plane waves, Gaussian beams, ABCD matrices, phase velocity, and group velocity

3. Optical fibers (1)
Understand structures and fabrication techniques of step index fibers, graded index fibers, polarization maintaining fibers, and fiber optic cables

4. Optical fibers (2)
Understand optical laws and definitions, mode theory, fiber modes, numerical aperture, V number, cut-off frequency, and dispersions

5. Optical resonators (1)
Understand the functions, structures, and characteristics of optical resonators

6. Optical resonators (2)
Understand cavity modes, mode spacing, resolution, and Fabry-Perot etalon

7. Laser media (1)
Understand energy bands, band gap, ground state, and excited states

8. Laser media (2)
Understand spontaneous emission, stimulated emission, absorption, rate equations, population inversion, and Einstein A and B coefficients

9. Laser media (3)
Understand the functions, configurations, and characteristics of 3-level and 4-level laser gain media

10. Continuous-wave lasers
Understand laser gain profile, spectrum, threshold, and output power

11. Pulse lasers
Understand the functions, structures, and characteristics of Q-switch devices and mode locking devices

12. Semiconductor light sources (1)
Understand physics, materials, and configurations

13. Semiconductor light sources (2)
Understand the functions, structures, and characteristics of light-emitting diodes, single mode lasers, and modulations of laser diodes

14. Photodetectors
Understand the operation principles, materials, types, structures, and characteristics of photodetectors

15. Other optical components
Understand optical couplers, filters, circulators, attenuators, cross connects, add-drop multiplexers, switches, amplifiers, wavelength converters, interferometers, and modulators

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特になし

Not specified

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