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講義概要
2015/03/31 現在

科目基礎情報
授業科目名 情報光工学特論
英文授業科目名 Advanced Information Optics and Photonics
開講年度 2014年度 開講年次 全学年
開講学期 後学期 開講コース・課程 博士前期課程、博士後期課程
授業の方法 講義 単位数 2
科目区分 大学院専門教育科目 - 専門展開科目
開講学科・専攻 情報・通信工学専攻、先進理工学専攻
担当教員名 武者 満
居室 西7-717
公開E-Mail musha@ils.uec.ac.jp
授業関連Webページ なし
更新日 2014/03/10 12:28:40 更新状況 公開中
講義情報
主題および
達成目標
電磁気学と回路の知識を基礎にして現代光学の体系を情報論と線形システム理論の観点から論じる.フーリエ光学に重点をおき,線形波動方程式にしたがう波動場の時空間情報の伝播・変換・検出に関係する回折・屈折・干渉などの物理現象について説明する.特に情報・通信理論と光波動物理学の接点に焦点をあてて波動場のもつ情報について考察する.

これら通じて高校物理教職課程の資格に必要とされる以下の事項を学ぶ.

光と電磁波,光波の伝搬,回折現象(ホイヘンスの原理,回折格子),干渉(ヤングの実験,薄膜の干渉),屈折,反射,偏光,レンズと鏡
前もって履修
しておくべき科目
波動と光,電磁気学,回路とシステム,信号処理などに関係する科目
またフーリエ変換等の基本的な数学知識
前もって履修しておくこ
とが望ましい科目
電磁波工学,光通信工学関係の科目
教科書等 指定しないが,J. W. Goodman, Introduction to Fourier Optics (Roberts and Company)や「新編光学技術ハンドブック」(朝倉書店)の中の「フーリェ光学」や「光とフーリェ変換」(谷田貝豊彦,朝倉書店)などが参考になる.
授業内容と
その進め方
(a)授業内容


1.光回折場の線形システム論
  線形システムの基礎
  なぜ光とフーリェ変換か?,回折積分と固有関数,空間周波数伝達関数
  (光波の伝搬,回折(ホイヘンスの原理),反射,偏光))
2.幾何光学:結像系の像情報保存則
  波動光学と幾何光学,アイコナール方程式,近軸光学系の結像論,
  ラグランジュの情報保存則
   (光波の屈折(スネルの法則),鏡,レンズ,結像の公式)
3.光学系による波動場の変換
  光学系による波面変換,光学系による多次元フーリェ変換,
  ホログラフィーと通信理論
  (光波の伝搬,干渉,レンズ,平面波,球面波)  
4.コヒーレンス理論入門
  コヒーレンス関数,マイケルソン恒星干渉計,フーリエ分光
  (光波の干渉(ヤングの実験),回折)

(b)授業の進め方
講義は板書と補助のパワーポイントを併用して行う.


第1回 回折と線形システムの理論
第2回 固有関数展開とフーリエ変換
第3回 因果システムとインパルス応答
第4回 回折
第5回 回折場のフーリエ表現、遮断周波数
第6回 Fresnel回折、Talbot像
第7回 Fraunhofer回折
第8回 像の角度分解能とBessel関数
第9回 Eikonal方程式
第10回 空間周波数と光線ベクトル
第11回 Poincareの不変式とFermatの原理
第12回 レンズによる結像系と光線位相
第13回 ホログラム
第14回 Coherence理論
第15回 Michelson-Stellar干渉計
成績評価方法
および評価基準
(最低達成基準を含む)
(a)成績評価方法:

学期末のレポートと出席により評価を行う
理解の深さ,記述の明解さを評価の基準とする.回答の一部が間違っていてもユニークな視点に基づく深い考察のあとが読みとれる答案は高く評価する.

(b)評価基準:

以下の到達レベルをもって合格の最低基準とする。
(1) フーリエ光学の物理学的側面に関する基礎的理解ができている.
(2) フーリエ光学の線形システム学的側面に関する基礎的理解ができている.
(3) 上記の理解の内容を論理的に文章で表現することができる.
オフィスアワー:
授業相談
講義日の昼休み
学生へのメッセージ フーリエ光学は線形波動方程式に従う光波を線形システム論の枠組みで取り扱うことにより「電磁気学」と「システム理論」の橋渡しをするひとつのよい例といえます.

その他 講義では学部の授業より、より厳密な数学的な取り扱いを行います。
そのため、授業後の復習に重点を置き、きちんと理解した上で次の授業に臨むように心掛けてください。
また数学的な正確さも必要ですが、物理現象の具体的なイメージを常に頭に描けるようにして下さい
キーワード フーリエ光学,波動方程式,光波干渉,回折,結像理論,幾何光学,ホログラフィー,線形システム,コヒーレンス