2025年度/1BJD017001 (公大)

【月4】フォトニクス特論A <前期>

半導体レーザーやLEDは，電磁気学，量子力学，電気回路など，電子物理工学の粋を集めたデバイスです．本講義ではこのような半導体レーザーの発展の歴史を通してその仕組みと物理を理解しながら現代社会で活躍する様々な半導体レーザーを学びます。講義を通して量子力学、電磁気学の基本原理から微細加工や結晶成長技術といった最先端工学までの幅広い知識を獲得します。光通信、DVD、プリンターなど，半導体レーザーが応用されている身近な電気機器の仕組みについても理解を深めます．フォトニック結晶やシリコンを用いた最先端のレーザー開発についても学びます． 本授業は、基本的に英語で行います。板書は全て英語、説明も基本は英語で行います。日本語による説明を補足でつけます。授業中に英語で学生さんに質問したりもします。板書した内容や配布した資料は、授業前にポータルにアップします。 小テストを毎回行います。

担当教員氏名

高橋 和

科目ナンバリング

BJDPHY52013-M1 (公大)

授業管轄部署

工学研究科

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

科目分類

電子物性コースB群科目

配当年次

1年 (公大)

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 (公大)

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

我々の日常生活の至る所で利用されている半導体レーザーは、ナノテクノロジーを用いた先端デバイスの代表例です。この講義では、半導体レーザーの歴史を学びながら、その仕組み（共振器や高Q値）や物理的な原理（量子効果や光干渉効果）を理解できます。講義を通じて、学生は量子力学や電磁気学の基本原理から微細加工や結晶成長技術といった最先端の工学まで、幅広い知識を身につけることができます。特に、以下の3つの能力を獲得できます。

1. 半導体ナノ構造における量子効果を理解し、それが半導体レーザーの高機能化にどのように寄与するかを説明できる能力。
2. 世界中の大学や企業で行われている、様々な新機能を持つ半導体レーザーの研究開発の現状を把握し、これを専門外の他者に説明できる能力。
3. 半導体レーザーの開発において、微細加工技術の開発や改良がどのように重要であるかを理解し、説明できる能力。

各授業回の説明

授業	授業内容	事前・事後の学習内容
第1回	イントロダクション：レーザの歴史	小テスト，ポータルの補足資料
第2回	発光の物理　～自然放出と誘導放出～　LEDとレーザの違い	小テスト，ポータルの補足資料
第3回	レーザ発振の基本　反転分布、共振器	小テスト，ポータルの補足資料
第4回	半導体レーザーの基本　ダブルヘテロ構造	小テスト，ポータルの補足資料
第5回	半導体からの発光の物理　バンド構造、状態密度	小テスト，ポータルの補足資料
第6回	量子井戸レーザ　レーザの99％を占める	小テスト，ポータルの補足資料
第7回	量子細線、量子ドットレーザ　量子井戸レーザの発展型	小テスト，ポータルの補足資料 （レポート課題１配布）
第8回	赤色レーザ　CD、DVD	小テスト，ポータルの補足資料
第9回	青色レーザ　ブルーレイDVD	小テスト，ポータルの補足資料
第10回	緑色レーザ　レーザーディスプレイ	小テスト，ポータルの補足資料
第11回	近赤外レーザ　光ファイバー通信	小テスト，ポータルの補足資料
第12回	量子カスケードレーザ　ガス検出	小テスト，ポータルの補足資料 （レポート課題２配布）
第13回	面発光レーザ（VCSEL） 光学マウス	小テスト，ポータルの補足資料
第14回	未来レーザ１～フォトニック結晶レーザ～ 大面積ディスプレイ	小テスト，ポータルの補足資料
第15回	未来レーザ２～シリコンレーザetc.～ 光LSIチップ	小テスト，ポータルの補足資料
第16回	まとめ	ポータルの補足資料

事前・事後学習の内容

授業だけでは半導体レーザの素晴らしさやそのテクノロジーの奥深さの10分の1も理解できないでしょう。ですので上に挙げた参考書をペラペラと暇なときに読むことを薦めます（簡易に読める順に並べてあります）。またインターネットにも非常に多くの情報が溢れていますので是非活用して授業の理解に役立てるとともに聴講のモチベーションを高めるのに利用してください。メーカーへの就職活動や就職してからも必ず役立つ知識になると思います。 英語の聞き取り能力を上達させるには日常的に英会話を聞くだけでは不十分です。実際に自分で声に出して発音するようにしてください。発音することで、脳が音と意味を記憶して瞬間的に言葉を理解できるようになります。

成績評価方法

毎回の授業で出す半導体レーザに関する問題（計50点）、2回出すレポート問題（計50点）により、半導体レーザに関する知識を習得した度合いを評価して成績を付します。合格（C以上）のための最低基準は合計６０点以上を取ることです．問題の答案は次回の授業時に返却します。

履修上の注意

授業だけでは半導体レーザの素晴らしさやそのテクノロジーの奥深さを把握しきれません。参考書を読むことを薦めます。インターネットにも非常に多くの情報が溢れていますので是非活用して授業の理解に役立てるとともに聴講のモチベーションを高めるのに利用してください。メーカーへの就職活動や就職してからも必ず役立つ知識になると思います。 英語の聞き取り能力を上達させるには日常的に英会話を聞くだけでは不十分です。実際に自分で声に出して発音するようにしてください。発音することで、脳が音と意味を記憶して瞬間的に言葉を理解できるようになります。

教科書

なし。資料を毎回配布します。配布資料以外の関連資料もポータルにもアップするので自主勉強に役立ててください。

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参考文献

以下の4冊は大学の電子図書としてリンクをクリックすれば読めます。 ・霜田光一「レーザー物理入門」岩波書店　https://kinoden.kinokuniya.co.jp/omu/bookdetail/p/KP00059548 ・西原浩、裏升吾 「光エレクトロニクス入門　新版」（コロナ社）https://kinoden.kinokuniya.co.jp/omu/bookdetail/p/KP00030117 ・木下修一他「発光の辞典」（朝倉書店）https://kinoden.kinokuniya.co.jp/omu/bookdetail/p/KP00017697 ・中山正昭「半導体の光物性」（コロナ社）https://kinoden.kinokuniya.co.jp/omu/bookdetail/p/KP00030113 以下の本は絶版ですが、入手できれば分かりやすく半導体レーザのことが書かれています。 ・平田照二著「わかる半導体レーザの基礎と応用」(CQ出版社、絶版)

オフィスアワー

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