2023年度/2B20120001 (府大)

【水2】電磁波・光学 <前期>

本講義では、まず、電磁波・光波を周波数（波長）で分類し、それぞれの特徴と実際の応用について解説する。続いて、自由空間や一般媒質中での電磁波の基本特性（偏波，ポインティングベクトル）を示し、反射、屈折、干渉、回折、伝送時における電磁波の振る舞いを、光波を中心として説明する。以上をもとに、通信や計測の分野での電磁波・光波の応用原理を理解させる。

担当教員氏名

和田 健司

科目ナンバリング

BEELE2514-J1 (府大)

授業管轄部署

工学部

授業形態

講義

開講キャンパス

中百舌鳥

開講区分

週間授業

配当年次

3年 (府大)

注意: 配当年次は学部・学科によって異なる場合があるので、UNIPAで確認してください。

単位数

2単位 (府大)

注意: 実際の単位数は学部・学科によって異なる場合があるので、必ずUNIPAで確認してください。

到達目標

1. 電波・電磁波の種類や応用に対する一般的な説明ができる。 2. マクスウェル方程式を解くことにより、自由空間における電磁波の物理的な基本特性を説明できる。 3. 電磁波の反射における反射・透過係数の導出が行え、物理的な説明ができる。 4. 電磁波の時間・空間コヒーレンスの概念および干渉効果の応用としてエタロン効果について説明できる。 5. 回折公式を用いて単スリットやレンズを通した光波の回折について計算でき、物理的な説明もできる。 6. 光波の伝送路としての光ファイバケーブルの基礎的な特性を説明できる。

各授業回の説明

授業	授業内容
第1回	講義の目標、内容などの説明、電磁波の発見
第2回	電磁波の分類：光波
第3回	自由空間における電磁波の基本特性：マクスウェル方程式
第4回	自由空間における電磁波の基本特性：偏波
第5回	自由空間における電磁波の基本特性：ジョーンズ行列
第6回	境界における電磁波の振る舞い：反射、透過、ブリュースタ角
第7回	第７回：境界における電磁波の振る舞い：全反射、干渉
第8回	前半のまとめ、理解度確認
第9回	空間・時間・周波数コヒーレンス
第10回	光波の回折：回折公式の導出
第11回	光波の回折：レンズによる位相シフト
第12回	光波の回折：情報変換
第13回	光波の伝送：光ファイバーの特性
第14回	光波の伝送：光ファイバーの製法
第15回	光波の伝送：特殊光ファイバー
第16回	定期試験

事前・事後学習の内容

・事前に授業内容に対応する配布プリントの箇所を読み、わからない点を挙げ、自分で調べた上で授業での説明や質問を通してそれらを明らかにする。 ・事後に授業内容を復習し、わからない点がないか確認した上で、毎講義後に与えられる課題をレポートにまとめて提出する。

成績評価方法

到達目標に記載した6つの項目に関するレポートおよび定期試験を課し、その内容から目標達成度を評価する。 レポートは合計30点、定期試験は70点の配点とし、レポートは毎講義の最後に与える。 レポート20点以上かつ定期試験40点以上の点数を獲得した者を合格とする。 6つの項目に対する合格のために必要な具体的内容を下に記載する。 1. 電波・電磁波の種類や応用に対する一般的な説明ができる。 電波と電磁波の定義とその違いを説明できる。また、代表的な応用例を挙げることができる。 2. マクスウェル方程式を解くことにより、自由空間における電磁波の物理的な基本特性を説明できる。 マクスウェル方程式の物理的説明ができ、式を展開して波動方程式を導出できる。また、その解としてのTEM波の特徴を説明できる。 3. 電磁波の反射における反射・透過係数の導出が行え、物理的な説明ができる。 電磁波の反射における反射・透過係数を導出し、偏光の違いによって光学応答が異なることを説明できる。 4. 電磁波の時間・空間コヒーレンスの概念および干渉効果の応用としてエタロン効果について説明できる。 電磁波の時間・空間コヒーレンスの概念が簡潔に説明できる。また、エタロンによるフィルター効果について説明できる。 5. 回折公式を用いて単スリットやレンズを通した光波の回折について計算でき、物理的な説明もできる。 回折公式とフーリエ変換との間の等価性について説明できる。 6. 光波の伝送路としての光ファイバケーブルの基礎的な特性を説明できる。 光ファイバの波長分散やモード分散について説明できる。

履修上の注意

(関連科目)電磁気学，電磁気学演習

教科書

プリント（電子版）

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参考文献

電磁気学、沢新之輔、小川英一、小野和雄、エース電気・電子・情報工学シリーズ　朝倉書店（２００４） 電磁波の基礎，提井信力著，内田老鶴圃新社（１９７８年） 光電子工学，小山次郎，西原浩著，コロナ社（１９８７年）

オフィスアワー

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