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授業情報／Course information

科目名／Course: 波動工学／Wave Engineering
科目一覧へ戻る 2023/11/02 現在

授業基本情報
科目名（和文）
／Course		 波動工学
科目名（英文）
／Course		 Wave Engineering
時間割コード
／Registration Code		 21146201
学部（研究科）
／Faculty		 情報工学部
学科（専攻）
／Department		 情報通信工学科
担当教員（○：代表教員）
／Principle Instructor （○） and Instructors		 ○福嶋　丈浩
オフィスアワー
／Office Hour		 福嶋　丈浩(月曜日 ５限 2319室　※在室中であれば他の時間帯でも対応可)
開講年度
／Year of the Course		 2023年度
開講期間
／Term		 後期
対象学生
／Eligible Students		 2年
単位数
／Credits		 2.0
授業概要情報
更新日
／Date of renewal		 2023/02/22
使用言語
／Language of Instruction		 日本語
オムニバス
／Omnibus		 該当なし
授業概略と目的
／Cource Description and Objectives		 光学は、物理学の中でも力学と並んで最も古くから発達した学問であり、我々の身近にある光を対象にしています。本講義では、光学の基礎として光の波動的な性質を学びます。具体的には、光波を数学的に表現する方法を身につけた上で、偏光、反射?屈折、干渉、回折などの光波の基本的な性質を学ぶます。さらに、光の応用技術について紹介します。
履修に必要な知識?能力?キーワード
／Prerequisites and Keywords		 三角関数、複素数、ベクトルに関する数学の基礎知識、波に関する物理学の基礎知識
波動、偏光、反射、屈折、全反射、干渉、回折
履修上の注意
／Notes		 高等学校の数学と物理の教科書を復習しておくことが望ましい。
出席は毎回行う小テストの提出により確認します。小テストは一つ前の授業の内容から出題します。
教科書
／Textbook(s)		 「はじめての光学　Beginner's Guide to OPTICS」、川田善正、講談社
参考文献等
／References		 「基礎電気?電子工学シリーズ　電気磁気学　第２版」、安達三郎、大貫繁雄、森北出版
「光学」、村田和美著、サイエンス社
「やさしい光技術」、光産業技術振興協会編、オプトロニクス社
自主学習ガイド
／Expected Study Guide outside Coursework/Self-Directed Learning Other Than Coursework		 授業の前に教科書をよく読んでおく。
分からないところは放置せず、積極的に質問する。
複数の書籍（参考文献等）を読むことで深い理解が得られる。
教科書や参考文献の章末問題を解いて理解を深める。
資格等に関する事項
／Attention Relating to Professional License
アクティブラーニングに関する事項
／Attention Relating to Active Learning		 授業毎の小テスト
実務経験に関する事項
／Attention Relating to Operational Experiences		 民間企業の研究所において光半導体素子の開発に従事した経験を生かして、光学の基礎的な理論が最先端の光技術を理解する上で重要であることを講述する。
備考
／Notes
授業計画詳細情報
No. 単元（授業回数）
／Unit (Lesson Number)		 単元タイトルと概要
／Unit Title and Unit Description		 時間外学習
／Preparation and Review		 配付資料
／Handouts
1 1 [授業内容の概説]
光学がどのような学問であるのか説明を行う。また、光を応用した技術を紹介する。		 講義資料の最後に予習?復習に関する記述があるので、時間外学習に取り組むこと。２回目以降も同様である。 講義資料と復習問題を配布
2 2 [１次元的波動]
１次元の波動方程式とその一般解について学ぶ。		 講義資料と小テストの問題を配布
3 3 [３次元的波動]
３次元の波動方程式について学ぶ。また、波動方程式の代表的な解である平面波と球面波について学ぶ。		 講義資料と小テストの問題を配布
4 4 [ベクトルの演算]
マクスウエルの電磁方程式を学ぶための準備として、ベクトル演算（ベクトルの内積、grad、div、rot）について学ぶ。		 講義資料と小テストの問題を配布
5 5 [マクスウェルの電磁方程式]
マクスウェルの電磁方程式について学ぶ。さらに，マクスウェルの方程式から波動方程式を導き、電磁波が波動方程式を満足する波の一種であることを学ぶ。また、光速度と屈折率について学ぶ。		 講義資料と小テストの問題を配布
6 6 [光波の複素振幅表示と光強度]
平面波と球面波の複素振幅表示や光強度について学ぶ。		 講義資料と小テストの問題を配布
7 7 [偏光]
自然光と偏光の違いについて学ぶ。また、代表的な偏光状態（直線偏光、円偏光、楕円偏光）について学ぶ。		 講義資料、小テストの問題、レポートの問題を配布
8 8 [光の反射と屈折の法則]
媒質境界面における光の反射と屈折の法則について学ぶ。さらに、入射光、反射光、屈折光をそれぞれ平面波で表し、境界条件から反射と屈折の法則を導出する方法を学ぶ。		 講義資料と小テストの問題を配布
9 9 [振幅反射率と振幅透過率]
媒質境界面における光の振幅反射率と振幅透過率を表すフレネルの公式を導出する方法を学ぶ。また、ストークスの定理について学ぶ。		 講義資料と小テストの問題を配布
10 10 [全反射]
全反射について学ぶ。具体的には、臨界角、全反射における振幅反射率、表面波について学ぶ。		 講義資料と小テストの問題を配布
11 11 [２光波の干渉１]
２光波の干渉の代表的な例として、ヤングの干渉実験と定在波について学ぶ。		 講義資料と小テストの問題を配布
12 12 [２光波の干渉２]
その他の２光波干渉の例として、透明な板による振幅分割干渉やくさび形空気層による干渉について学ぶ。		 講義資料と小テストの問題を配布
13 13 [多光波の干渉]
多光波の重ね合わせについて学ぶ。具体的には、多重スリットによる干渉について学ぶ。		 講義資料と小テストの問題を配布
14 14 [回折の基礎]
ホイヘンスの原理について学ぶ。また、ホイヘンスの原理に基づいて光の反射と屈折の法則を導く方法を学ぶ。		 講義資料と小テストの問題を配布
15 15 [レーザと光ファイバのしくみ]
光ディスク装置や光ファイバ通信の光源として用いられている半導体レーザや光の伝送路として用いられている光ファイバのしくみについて学ぶ。		 講義資料と小テストの問題を配布
16 16 [定期試験]
定期試験を実施する。		 試験問題と回答用紙を配布
授業評価詳細情報
到達目標及び観点／Learning Goal and Specific Behavioral Viewpoints
No. 到達目標
／Learning Goal		 知識?理解
／Knowledge & Undestanding		 技能?表現
／Skills & Expressions		 思考?判断
／Thoughts & Decisions		 伝達?コミュニケーション
／Communication		 協働
／Cooperative Attitude
1 光波を数学的に表現できる。(E) ○ ○ ○
2 偏光、反射、屈折、干渉、回折などの光波に関する基本的な性質を説明できる。(E) ○ ○ ○
3 光波に関する法則を理解し、実際の問題に応用できる。(E) ○ ○ ○
成績評価方法と基準／Evaluation of Achievement
※出席は2/3以上で評価対象となります。
No. 到達目標
／Learning Goal		 定期試験
／Exam.		 レポート ／　Report 小テスト／Short exam
1 光波を数学的に表現できる。(E) ○ ○ ○
2 偏光、反射、屈折、干渉、回折などの光波に関する基本的な性質を説明できる。(E) ○ ○ ○
3 光波に関する法則を理解し、実際の問題に応用できる。(E) ○ ○ ○
評価割合（％）
／Allocation of Marks		 50 30 20

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