光物性総論

Physics of Optical Properties

998E209

84PHOPT501

宮島　顕祐

Kensuke MIYAJIMA

2026年度前期

2026年度

①First semester

火曜3限

Tuesday, 3rd

先進工学研究科　物理工学専攻

Department of Applied Physics, Graduate School of Advanced Engineering

2.00単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

最初に、物質と光の相互作用に関して、古典論、半古典論、量子論を学び、光物性の基礎を身に付ける。次に、レーザーの原理や非線形光学の基礎を学ぶ。続いて、半導体や導体、それらのナノ構造の光学応答とそれらの応用について学ぶ。また、光学機器の原理や分光技術を学ぶ。この授業を通し、現在の光技術やその発展についての知見を得ることができる。

　First, the students will study light-matter interactions based on classical theory, semi-classical theory, and quantum theory, and will learn the fundamentals of optical properties. Next, the students will learn the fundamental principles of laser and nonlinear optics. The students will then study the optical responses and applications of semiconductors, metals, and their nanostructures. In addition, the students will learn the principles of optical devices and spectroscopy techniques. The students will get knowledges of the newest optical technology and the progress in this area.

光技術・光物理の基礎から応用を学ぶことで、将来の科学技術の発展に寄与する人材となる能力と素養を身に付ける。本学科のディプロマポリシー「解決困難な様々な課題に対し、物理的視点で問題を分析し解決する応用力」を身に付けることに相当する科目である。

Students will acquire the capacity to contribute to developments in science and technology in the future through learning the fundamentals and applications of optical technology and optical properties.

１．光と物質の相互作用の基礎を理解する。様々の物質に対して、光学応答から引き出せる情報を理解する。
２．レーザーの原理や非線形光学の基礎を理解する。現在の光技術を認識して、その発展への着眼点を見に付ける。
３．半導体や導体に関する光学応答をどのように応用に役立てることができるのか、説明できるようになる。

1. An understanding of the fundamentals of light-matter interactions and the information that can be obtained from the optical responses of a variety of materials.
2. An understanding of the principles of lasers and fundamentals of nonlinear optics, and a background in the development of optical technologies based on current technology.
3. The ability to explain how the optical responses of semiconductors and conductors can be utilized for applications.

電磁気学、光学の基礎を理解していることが必要である。

An understanding of optics and electromagnetism is required.

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週４時間の予習と復習を必要とする。LETUSにて提示される配布資料をよく読んでおくこと。

Approximately four hours of preparation and review are required for each class. The slides placed on LETUS should be viewed before each class.

レポート(70%)と平常点（30%）で評価する。
Evaluation is based on reports and student's class participation.

・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).
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光エレクトロニクス・Amnon Yariv著、多田邦夫雄・神谷武志監訳・丸善・ISBN 4621082655
Semiconductor Optics・C. F. Klingshirn著・Springer・ISBN 3642283616
光物性物理学・櫛田孝司著・朝倉書店・ISBN 9784254131017

1．授業ガイダンス：　授業概要の説明
1. Guidance: Overview of the course

2．古典論による物質と光の相互作用：物質中の光の伝播について理解できるようになる。
2. Light-matter interactions based on classical theory: Understanding the propagation of light in materials

3．古典論による物質と光の相互作用：　ローレンツモデル・ドルーデモデルについて理解できるようになる。
3. Light-matter interactions based on classical theory: Understanding the Lorentz model and Drude model

4．量子論による物質と光の相互作用：　光の量子化について理解できるようになる。
4. Light-matter interactions based on quantum theory: Understanding the quantization of light

5．量子論による物質と光の相互作用：　半古典論、量子論による物質と光の相互作用を理解する
5. Light-matter interactions based on quantum theory: Understanding light-matter interactions using semi-classical theory and quantum theory

6．物質の構造と光との相互作用：　物質の光学応答の基本を理解する。
6. Light-matter interactions in material structures: Understanding the fundamentals of the optical responses of materials

7．レーザーの原理：　レーザー発振のメカニズムを理解する。波長や強度に応じたレーザーの用途を理解する。
7. Principle of lasers: Understanding the mechanism of lasers and the utilization of lasers related to the wavelength and intensity.

8．パルス光の生成技術：　超短パルスレーザーの原理を理解できるようになる。
8. Technique of pulse light generation: Understanding of the principles of ultrashort pulse lasers

9．非線形光学：　非線形光学現象の基礎を理解できるようになる。
9. Nonlinear optics: Understanding the fundamentals of nonlinear optical phenomena

10．非線形光学： 光学非線形現象の例として、第二高調波発生を理解する
10. Nonlinear optics: Understanding second harmonic generation as a practical example of a nonlinear optical phenomenon

11．半導体の光物性：　半導体の光物性の基本を理解できるようになる。
11. Optical properties of semiconductors: Understanding of fundamental optical properties of semiconductors

12．半導体の光物性：半導体中のキャリアの多体効果を学び、高密度励起下での光物性について理解する
12. Optical properties of semiconductors: Understanding the many-body effect in semiconductors and understanding optical properties induced by high density excitation

13．ナノ構造の光物性：　半導体量子井戸や量子ドットの光学応答について理解できるようになる。
13. Optical properties of nanostructures: Understanding the optical responses of semiconductor quantum wells and quantum dots

14．光学機器：　物質の光応答の応用例として光学機器の原理を理解する
14: Optical devices: Understanding the principles of optical devices based as applications of the optical responses of materials

15．光学実験技術：　レーザー分光について理解する
14: Experimental optics techniques: Understanding laser spectroscopy

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授業の資料はLETUSで提示する。

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