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光学基礎

システム工学群専門基礎講義　2013/04-­‐2013/06

高知工科大学  システム工学群2年1Q  

専門基礎科目  

小林弘和／野中弘二  

1年科目から移動　少人数教育  

6月3日本テスト  

講義内容

1. 光の性質：光波、光線、光子　  　　進む向き（屈折／反射）、エネルギー、パワー  

2.  幾何光学(光線光学）：  　光波の進む向きをベクトルと行列で簡単に扱う  

3.  波動光学：  　波として取り扱う現象  　　（回折、波束、反射率、干渉、偏光）  

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光線と波面

波動光学：光を波として扱う→電磁波

電磁波：電場と磁場で形成される波

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波動の特徴：回折と干渉

回折

干渉

波動の表式・平面波と球面波

複素化

平面波 球面波

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ホイヘンスの原理

波面上の各点が新たな波源となって次の波面を形成する  →波面の伝搬の計算方法を与える

出発波面 二次波面 新しい波面

講義の進め方：ずれた波の干渉

1.  波長のずれ

2.  伝搬方向のずれ

3.  伝搬時間のずれ

4.  電場ベクトルのずれ

うなり・波連・位相速度・群速度（P129～P132)

ヤングの干渉（P152～P159)

平行平板の干渉・等厚干渉（P159～P163)

フレネルの公式（P132～P140)  偏光（P142～P151)

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位相速度・波連

位相速度

波連 ＋

分散媒質中の波連の群速度

群速度

・（正常）分散媒質中

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微分による群速度の定義

群速度

例題：群速度・位相速度の計算

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伝搬方向のずれた光波の干渉：ヤングの干渉

光強度  

光路差

で極大、   で極小  

ヤングの干渉：干渉縞の明瞭度V

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例題：ヤングの干渉縞の間隔と明瞭度

講義の進め方：ずれた波の干渉

1.  波長のずれ

2.  伝搬方向のずれ

3.  伝搬時間のずれ

4.  電場ベクトルのずれ

うなり・波連・位相速度・群速度（P129～P132)

ヤングの干渉（P152～P159)

平行平板の干渉・等厚干渉（P159～P163)

フレネルの公式（P132～P140)  偏光（P142～P151)

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伝搬時間のずれた光波の干渉

干渉の例  　・シャボン玉の表面の虹色  　・2枚のガラス板

平行平板の干渉

振幅反射率  （垂直入射時）

① 屈折率の考慮　②振幅反射率の符号 の考慮 強め合い 弱め合い

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例題：等厚干渉（厚みの異なる平板の干渉）

平行平板への斜め入射

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平行平板への斜め入射

強め合い 弱め合い

例題：平行平板への斜め入射の干渉

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講義の進め方：ずれた波の干渉

1.  波長のずれ

2.  伝搬方向のずれ

3.  伝搬時間のずれ

4.  電場ベクトルのずれ

うなり・波連・位相速度・群速度（P129～P132)

ヤングの干渉（P152～P159)

平行平板の干渉・等厚干渉（P159～P163)

フレネルの公式（P132～P140)  偏光（P142～P151)

偏光

偏光  ||  

電場の振動状態  （振動方向）を表わす

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境界面での反射率と透過率：フレネルの公式

入射面に平行な偏光（P波）と垂直な偏光（S波）で  反射率・屈折率が異なる  →　フレネルの公式

フレネルの公式

振幅反射率

振幅透過率

スネルの法則

強度反射率

強度透過率

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振幅反射率・強度反射率・ブリュースタ角 振幅反射率

強度反射率

振幅反射率・強度反射率・ブリュースタ角

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例題：