応用光学

Applied Optics

996C110

62PHOPT502

吉岡　伸也

Shinya Yoshioka

2026年度後期

2026年度

②Second semester

金曜1限

Friday first period

創域理工学研究科　先端物理学専攻

Department of Physics and Astronomy, Graduate School of Science and Technology

2.00単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

現在では超短パルスレーザーや蛍光顕微鏡などを始めとして、様々な光学機器が研究に用いられる。それらの装置の動作原理を理解するには、光に関係する物理法則に精通しているだけでなく、それらの法則を実際に適用して現象を把握する必要がある。この講義では電磁気学や光学などの分野に表れる光に関連した物理法則を復習し、それらの法則を応用してさまざまな物理現象を定量的に記述する方法を学ぶ。この科目はディプロマポリシーにある「各自が選択した研究領域」として、光学分野に習熟し、広い視野を持ってその専門性を発揮できる、ことを目指している。
Modern scientific research requires various kinds of optical systems, such as ultra-short pulse lasers and fluorescence microscopes. To understand how they work, it is necessary to learn the physical principles governing light and to apply those principles to interpret physical phenomena. This course reviews the physical principles related to electromagnetic waves and light. They are applied to quantitatively describe various physical phenomena.

光学現象に関連する物理量を基本方程式から出発して計算できるようになること。
To calculate physical quantities in optical phenomena starting from fundamental equations.

反射、回折、散乱などの光学現象について定量的に説明できるようになること。
To quantitatively describe optical phenomena such as reflection, diffraction, and scattering.

電磁気学、幾何波動光学について基本的な内容を理解しておくこと。
Understand basic electromagnetism, geometrical, and wave optics.

課題に対する作文　Essay

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準備学習：　予定している講義について、あらかじめ参考者等で予習をする。
復習：　講義内容を十分に復習し習熟する。演習問題が課された場合にはそれを解くこと。
Preparation: read textbooks related to the topic.
Review: solve problems when they are given.

レポートと到達度評価により評価する。
Reports and examination scores will be evaluated.

・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

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

全ての授業を対面で実施する。

第１回：序論　光が引き起こす様々な現象
第２回：電磁波としての光
第３回：物質の屈折率と光のエネルギー
第４回：屈折率の分散と光の吸収
第５回：誘電率が周期的に変化する物質
第６回：フォトニックバンド構造
第７回：フォトニックバンドの計算方法
第８回：ここまでのまとめ
第９回：複素屈折率とエバネッセント波
第１０回：媒質に吸収がある場合の反射と透過
第１１回：電磁場モードとしての光
第１２回：多層膜構造の光学特性
第１３回：光と物質の相互作用1（二準位系における摂動論）
第１４回：光と物質の相互作用2（回転波近似）
第１５回：到達度評価とその解説

1 Introduction of various optical phenomena
2 Light as electromagnetic waves
3 Refractive index of material and energy of light
4 Refractive index dispersion and absorption of light
5 Periodically modulated materials
6 Photonic band structure
7 Calculation of the photonic band structure
8 Summary of the first half
9 Complex refractive index and evanescent waves
10 Reflection and transmission through light-absorbing material
11 Light and electromagnetic modes
12 Optical properties of multilayer systems
13 Light-matter interaction 1 - perturbation theory and the two-level system
14 Light-matter interaction 2 - rotating wave approximation
15 Examination and answer

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Mathematica

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