量子光学１

Quantum Optics (1)

9922266

22PHZZZ303

永田　祐吾

Yugo Nagata

2026年度前期

2026年度

①First semester

木曜5限

Thursday 5th. Period

理学部第二部　物理学科

Department of Physics, Faculty of Science Division Ⅱ

2.00単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

量子光学は光の量子性や、光と原子との関わり合いに関する科目である。一方で、量子光学の実験では古典的な光学の知識も重要となる。
量子光学Aでは古典的な光学を対象とする。電磁波の性質、放射、干渉、偏光、伝搬などの基礎的事項や、偏光板、波長板、干渉計などの量子光学の実験で使用される重要な光学素子の原理について学ぶ。最後にレーザーのモデルについて学ぶ。
量子光学は原子のレーザー冷却、Bose–Einstein凝縮、量子コンピュータや量子シミュレーション、量子センサー、精密分光やその応用の素粒子実験に至るまで、様々なところで必要となる現代科学の最重要項目のひとつです。

光に対して多様な視点からの議論を通して、光の本質を理解する。

１．光の電磁的性質に基づく波動理論より、干渉、回折がかかわる諸現象を理解できる。
２．自然放出、誘導放出やレーザーについて理解できる。

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/​​​

電磁気学１A、1B、振動波動学を履修済みである事が望ましい。
量子力学を履修していない場合は、同時に履修することが望ましい。

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適宜、演習・課題提出を行う。

中間テスト、期末レポート、課題等を用いて評価する。期末レポート：50〜60％、その他：40〜50％となる。

・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

N

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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://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
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参考書
ファインマン物理学〈2〉光・熱・波動、ファインマン（著）、富山 小太郎 (翻訳)、岩波書店、1986年、9784000077125
光の量子論、R. Loudon（著）、小島忠宣・小島和子（共訳）、内田老鶴圃、1994年、4753620298
理論電磁気学、砂川重信、紀伊國屋書店、1999年、4314008547
など

1．電磁波としての光
・マクスウェル方程式を基に波動方程式から電磁波の解を導出する。

2．真空中の光の伝搬、電磁波の位相速度

3．ポインティングベクトル、エネルギー伝搬機構に関して理解する。

4．偏光
・光における偏光の概念を理解し、変更に関連する種々の光学現象を学ぶ。
偏光、複屈折

5．物質中での光の伝搬
・分極と誘電率、電気双極子などを学ぶ。

6．　電磁波の放射
・電気双極子放射や関連現象を学ぶ。

7．　光の散乱
・レイリー散乱などの散乱現象を学ぶ。

8．　中間まとめ

9．界面での光
媒質の界面に光が到達すると、膨大な数の散乱や干渉の結果として、光の伝搬方向が変化する現象（反射、屈折）が起こる。
反射・屈折の法則、ブリュースター角、エバネッセント光、全反射

10．干渉
具体例を基に理解を深め、干渉の応用例を学ぶ。
二光波干渉、多光波干渉、多層膜、マイケルソン干渉計、ファブリペロー干渉計

11．回折
光の波動的性質を表すもう一つの回折現象に関し、干渉現象との同犠牲を理解し、波動的性質の理解を深める．
ホイヘンスフレネルの原理、回折理論、スリットでの回折、回折格子

量子光学の入門

12．自然放出、誘導放出

13．レーザー１
共振器やレーザー発振について学ぶ。

14．レーザー２
種々のレーザーについて学ぶ。

15．まとめ

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なし

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