授業計画 | テーマ | 内容 | 学習課題 |
第1回目 | 波動と光の実験デモ
光コンピューティングとは | レンズ、偏光、回折格子、光の干渉、ホログラフィー等の実験とコンピュータシミュレーション。その後、光コンピュータの解説 | 望遠鏡の原理。虹やCDは、なぜ7色に見えるのか。偏光サングラスは、どのような役目があるのか。等、考えておきましょう。 |
第2回目 | 光の基礎的性質 | 光の周波数と波長、光波と電波の違い、光波の表現、 マクスウェルの方程式、平面波 | 光も電磁波の一種であること。波のフェーザ表示、オイラーの公式を思い出しておこう。 |
第3回目 | 偏光
ガウスビーム | 偏光、一般媒質中の平面波、ガウスビーム、走査型レーザ顕微鏡、液晶ディスプレイ | 液晶画面を、偏光板を廻しながら見るとどうなるでしょうか。 |
第4回目 | 反射と屈折1 | 反射と屈折の境界条件、金属（完全導体）による反射 | 空気から水に光が進むとき、屈折がおきます。水から空気に光が進むときに臨界角から、全反射が起きます。 |
第5回目 | 反射と屈折2 | 誘電体の反射と屈折（スネルの法則）、ブリュースター角、全反射、薄膜コーティング | スネルの法則を、思い出しておこう。無反射コーティングとは何か、考えておきましょう。 |
第6回目 | 光線の光学1 | 球面の屈折による結像、薄いレンズによる結像、厚い像形成のための光線と倍率 | 虫眼鏡の焦点や、レンズの公式を思い出しておきましょう。 |
第7回目 | 光線の光学2 | 球面反射鏡による結像、光線伝搬のマトリックス表示、光線の微分方程式、組合せレンズと非球面レンズ、収差の種類 | ガラスレンズと違い、反射型望遠鏡は、色収差（色で焦点がずれる）が起きないのはなぜでしょう。 |
第8回目 | 光の回折1 | 回折現象とその表現、フレネル回折とフラウンホーファー回折 | 音楽CD面を見ると七色に見えるのは、回折現象です。開口面近傍と遠方では、回折現象が異なり、それぞれ名前が付いています。 |
第9回目 | 光の回折2 | レンズによるフラウンホーファー回折の観測、方形開口と円形開口のフラウンホーファー回折、スリットによるフレネル回折、光エンコーダ、回折光学素子、近接場光学顕微鏡 | 光を、波長ごとに分離するのに回折格子が使われます。 |
第10回目 | 干渉 | 二光束干渉、干渉縞、干渉によるビート、空間の干渉縞と定在波、繰り返し反射による干渉 | ドップラー効果とは、うなりとは、干渉縞はどのような時に生じるのか、無反射コーティングとは何か、等考えておきましょう。 |
第11回目 | 干渉計の種類と原理 | スペックル、コヒーレンス、代表的な干渉計、位相シフト干渉計、レーザ測長器、光ジャイロ | 干渉は、物体の形状を調べるなど光計測では重要な技術です。 |
第12回目 | ホログラフィー | 光波の記録と再生、インラインホログラフィー法、オフアクシスホログラフィー法、ホログラフィー干渉法 | 像が立体的に見える、ホログラフィーの原理を学びます。 |
第13回目 | フーリエ光学1 | フーリエ変換の基礎、画像の空間周波数 | 信号波形を、基本と高調波周波数のサイン・コサイン関数で分解するのがフーリエ変換です。電子・通信・情報・光工学、画像処理で大事な概念です。 |
第14回目 | フーリエ光学2
最近の光情報処理技術 | 光学系の伝達関数、伝達関数、コヒーレント伝達関数、インコヒーレント伝達関数、フィルタリングと光情報処理 | レンズを用いてフーリエ変換ができ、ノイズ処理や輪郭強調などの画像処理ができます。 |
第15回目 | 期末試験 | 総合テスト | 試験勉強をしっかりやろう。 |