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光工学入門


光 工 学 入 門 ワ 1 つ 0 ア ノ 新 井 敏 弘 ・ 平 井 正 光 / 著 講 談 社 サ イ エ ン テ ィ フ ィ ク

光工学入門


講 談 社 の 自 然 科 学 書 ゲ ー ジ 理 論 入 門 ー ( 第 2 版 ) ェ イ チ ス ン ゲ ー ジ 理 論 入 門 Ⅱ ( 第 2 版 ) ェ イ チ ス ン 古 典 場 か ら 量 子 場 へ の 道 高 橋 康 / 著 初 等 相 対 性 理 論 高 橋 康 / 著 統 計 力 学 入 門 高 橋 康 / 著 ・ ヘ イ / 著 ・ ヘ イ / 著 藤 井 昭 彦 / 訳 藤 井 昭 彦 / 訳 物 理 を 勉 強 し な お す 本 萩 原 茂 男 ・ 大 沢 健 郎 ・ 西 山 保 子 / 著 量 子 場 を 学 ぶ た め の 場 の 解 析 力 学 入 門 量 子 力 学 を 学 ぶ た め の 解 析 力 学 入 門 コ ン ピ ュ ー タ で み る 固 体 の 中 の 電 子 新 し い 配 位 子 場 の 科 学 田 辺 行 人 / 監 修 猪 木 慶 治 ・ 川 合 光 / 著 量 子 力 学 Ⅱ 猪 木 慶 治 ・ 川 合 光 / 著 量 子 力 学 一 図 で わ か る 電 磁 気 学 伊 藤 彰 義 / 著 電 磁 気 学 再 入 門 高 橋 康 / 著 高 橋 康 / 著 高 橋 康 / 著 和 光 信 也 / 著 非 平 衡 系 の 科 学 一 非 平 衡 系 の 科 学 Ⅱ 非 平 衡 系 の 科 学 Ⅲ 北 原 和 夫 ・ 吉 川 研 一 / 著 北 原 和 夫 / 著 三 池 秀 敏 ・ 森 義 仁 ・ 山 口 智 彦 / 著 フ ァ イ ン マ ン 経 路 積 分 L. s. シ ュ ル マ ン / 著 高 塚 和 夫 / 訳 密 度 汎 関 数 法 と そ の 応 用 菅 野 暁 / 監 修 里 子 允 敏 ・ 大 西 楢 平 / 著 Mathematica で み る 数 理 物 理 入 門 ー 阿 部 寛 / 著 Mathematica で み る 数 理 物 理 入 門 Ⅱ 阿 部 寛 / 著 MapIe V に よ る 数 式 処 理 入 門 阿 部 寛 / 著 物 理 工 学 系 の コ ン ピ ュ ー タ シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 入 門 機 能 材 料 の た め の 量 子 工 学 山 田 興 治 ほ か / 著 阿 部 寛 / 著 本 体 本 体 本 体 本 体 本 体 本 体 本 体 本 体 本 体 本 体 本 体 本 体 本 体 本 体 本 体 本 体 本 体 本 体 本 体 本 体 本 体 本 体 本 体 本 体 本 体 本 体 本 体 本 体 6 , 311 円 7 , 000 円 2 , 800 円 2 , 816 円 2 , 720 円 2 , 136 円 2 , 700 円 1 , 900 円 4 , 369 円 5 , 700 円 3 , 800 円 3 , 592 円 4 , 660 円 4 , 660 円 3 , 210 円 3 , 010 円 3 , 800 円 5 , 730 円 9 , 520 円 3 , 786 円 3 , 786 円 4 , 700 円 8 , 500 円 3 , 786 円 光 工 学 入 門 新 井 敏 弘 ・ 平 井 正 光 / 著 磁 性 材 料 物 性 ・ 工 学 的 特 性 と 測 定 法 光 工 学 入 門 新 井 敏 弘 ・ 平 井 正 光 / 著 島 田 寛 ・ 山 田 興 治 / 編 チ ャ ン ド ラ セ カ ー ル の 「 プ リ ン キ ピ ア 」 講 義 中 村 誠 太 郎 / 監 訳 デ ン デ イ プ ラ ズ マ ダ イ ナ ミ ク ス R. デ ン デ ィ / 著 粥 川 尚 之 ほ か / 訳 基 礎 物 理 数 学 第 4 版 ( 全 4 巻 ) 1 . べ ク ト ル ・ テ ン ソ ル と 行 列 権 平 健 一 郎 ・ 神 原 武 志 ・ 小 山 直 人 / 訳 こ の 本 体 価 格 に 消 費 税 が 加 算 さ れ ま す 。 定 価 は 変 わ る こ と が あ り ま す 。 講 談 社 BOOK 倶 楽 部 http://www.bookclub.kodansha.co.jp/ 2 , 800 円 本 体 15 , 000 円 2 , 800 円 本 体 12 , 000 円 3 , 204 円 4 , 500 円

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著 者 紹 介 と し ひ ろ 新 井 敏 弘 理 学 博 士 ( 東 京 大 学 ) 1959 年 東 京 大 学 大 学 院 数 物 系 研 究 科 博 士 課 程 修 了 現 在 石 巻 専 修 大 学 理 工 学 部 教 授 , あ ら い 筑 波 大 学 名 誉 教 授 平 井 ひ ら い ま さ み つ 正 光 理 学 博 士 ( 京 都 大 学 ) 1955 年 京 都 大 学 大 学 院 理 学 研 究 科 博 士 課 程 中 退 現 在 石 巻 専 修 大 学 理 工 学 部 教 授 , 東 北 大 学 名 誉 教 授 NDC425 ひ か り こ う が く に ゆ う も ん 光 工 学 入 門 142 p 1999 年 11 月 20 日 21 cm 第 1 刷 発 行 著 者 発 行 者 発 行 所 編 集 印 刷 所 製 本 所 あ ら い と し ひ ろ ひ ら い ま さ み つ 新 井 敏 弘 ・ 平 井 正 光 野 間 佐 和 子 株 式 会 社 講 談 社 〒 112 ー 8001 東 京 都 文 京 区 音 羽 2 ー 12 ー 21 販 売 部 ( 03 ) 5395 ー 3624 製 作 部 ( 03 ) 5395 ・ -3615 株 式 会 社 講 談 社 サ イ エ ン テ ィ フ ィ ク 代 表 鈴 木 俊 男 〒 162 ー 0814 東 京 都 新 宿 区 新 小 川 町 9 ー 25 日 商 ビ ル 編 集 部 ( 03 ) 3235 ー 3701 星 野 精 版 印 刷 株 式 会 社 ・ 半 七 写 真 印 刷 工 業 株 式 会 社 株 式 会 社 国 宝 社 落 丁 本 ・ 乱 丁 本 は , 講 談 社 書 籍 製 作 部 宛 に お 送 り 下 さ い . 送 料 小 社 負 担 に て お 取 替 え し ま す . な お , こ の 本 の 内 容 に つ い て の お 問 い 合 わ せ は 講 談 社 サ イ エ ン テ ィ フ ィ ク 編 集 部 宛 に お 願 い い た し ま す . 定 価 は カ バ ー に 表 示 し て あ り ま す . 0 T. Arai and M. Hirai, 1999 住 く 日 本 複 写 権 セ ン タ ー 委 託 出 版 物 ・ 特 別 扱 い 〉 本 書 の 複 写 ( コ ビ ー ) に は , 日 本 複 写 権 セ ン タ ー の 「 出 版 物 の 複 写 利 用 規 程 」 で 定 め る 特 別 許 諾 が 必 要 で す . 複 写 を 希 望 さ れ る 場 合 は , 日 本 複 写 権 セ ン タ ー ( 03 ー 3401-2382 ) に ご 連 絡 下 さ い . Printed ⅲ Japan ISBN4 ー 06 ー 153239 ー 1 (KS)

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序 文 人 を 含 め ほ と ん ど す べ て の 動 物 は , 光 に よ っ て 明 る さ を 感 じ た り 物 の 存 在 を 知 っ た り , さ ら に そ の 色 や 動 き を 判 別 し 識 別 し て い る . こ の 見 る と い う 動 作 な い し 感 覚 は , 動 物 の 五 感 の な か で 最 も 情 報 量 の 多 い 感 覚 で あ ろ う . こ の よ う な 物 理 的 な 情 報 だ け で は な く , と き と し て 光 は , 柔 ら か さ や 暖 か さ , 重 苦 し さ な ど 心 理 的 要 素 を も 人 に 与 え る . そ の た め , 人 々 は 有 史 以 来 光 に 大 き な 関 心 を よ せ , 銀 河 に , そ し て 星 の 光 に ロ マ ン と 不 思 議 さ を 感 じ る と と も に , そ の 実 用 性 の 高 さ に 注 目 し , 研 究 を 行 っ て き た . そ の 結 果 , 光 学 は 物 理 学 の な か で 最 も 早 く 進 歩 を 遂 げ , 古 代 ギ リ シ ャ に お い て す ら 幾 何 光 学 の 基 本 は 形 成 さ れ て い る . そ の 後 , 電 磁 気 学 の 発 展 に 伴 い 光 の 本 質 が 見 直 さ れ , 光 学 は そ の 一 環 と し て 波 動 光 学 の 側 面 が 大 き く 発 展 し , 学 問 と し て の み な ら ず 実 用 的 科 学 技 術 の は し り と し て 多 く 1 つ の 発 光 素 過 程 継 続 時 の 応 用 が 生 み 出 さ れ た . し か し 本 文 8 章 に み ら れ る よ う に 間 の 短 さ や 波 長 の 短 さ の た め , 波 動 と し て の 特 徴 で あ る 位 相 す な わ ち 干 渉 性 の 十 分 な 活 用 が で き な い 恨 み が あ っ た . し か し 量 子 力 学 の 発 展 に 伴 う 光 の 本 性 の 見 直 し や レ ー ザ ー の 発 明 に よ っ て , 光 は 波 動 と し て の 特 性 を 十 分 に 示 す よ う に な り , 量 子 光 学 と し て の 扱 い を 受 け る 一 面 を も っ と と も に , 量 子 工 レ ク ト ロ ニ ク ス 技 術 と し て , さ ら に 工 ネ ル ギ ー 密 度 の 大 き さ を も 利 用 し た 応 用 に も 用 い ら れ る よ う に な り , 科 学 技 術 と し て 広 大 な 利 用 分 野 を も つ に 至 っ て い る . さ ら に 現 在 も そ の 活 用 分 野 は ま す ま す 広 が り つ つ あ る . こ の よ う な 背 景 を 考 え る と と も に , 中 学 や 高 校 で 光 学 の 授 業 が 十 分 に 行 わ れ て い な い 実 情 を も 考 え て , 本 書 の 発 刊 を 思 い た っ た . し た が っ て , で き る だ け 平 易 で 親 し み や す く , し か も 本 質 を 失 う こ と の な い 記 述 を 心 が け て あ る . 量 子 工 レ ク ト ロ ニ ク ス な ど の 応 用 を 考 え る に あ た っ て も , 波 動 と し て の 性 質 を 利 用 す る こ と が 多 く , 波 動 を 理 解 す る こ と が た い せ つ で あ る こ と に 鑑 み , 本 書 の 構 成 に は そ の 点 に 重 点 を お き , 波 動 の 進 行 ・ 偏 光 ・ 回 折 ・ 干 渉 の 説 明 に 多 く の 頁 を あ て た . ま た , 光 学 に お け る 数 学 的 扱 い の や や こ し さ に よ る 本 質 の 理 解 不 足 を 避 け る た め , 複 雑 な 計 算 は 付 録 に ま わ し た . ま た 本 書 に 続 く 発 展 が 容 易 に で き る よ う に と の 観 点 か ら , 受 光 器 ・ エ ネ ル ギ ー ・ レ ー ザ ー 発 光 の 初 歩 も 若 干 取 り 入 れ た . ま た 長 さ は , 大 学 で の 講 義 に お け る 半 期 15 週 で 完 結 し う る よ う に 設 定 し た . 本 書 が 光 学 を 習 い 始 め る 方 々 の お 役 に 立 っ こ と を 切 望 す る .

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2.3 方 向 に よ っ て 性 質 の 異 な る 物 質 の 中 で の 光 の 伝 わ り 方 29 (ordinaryray) と よ ぶ . こ れ ら の 光 線 は 図 2.11 (b) で は , co / 〃 で 示 し て あ る . 方 , 同 じ ェ 2 面 内 を 進 む 光 で も , 常 光 線 と は 直 角 の 方 向 に 電 気 べ ク ト ル が 振 動 し て い る 光 は , ェ 方 向 に 進 む と き は そ の 電 気 べ ク ト ル は 2 方 向 ( 図 中 ① ) に , 2 方 向 に 進 む と き は ェ 方 向 ( 図 中 ② ) に 振 動 し て い る . し た が っ て , ェ 方 向 に 進 む と き の 速 度 は = co / , 2 方 向 に 進 む と き の 速 度 は = 。 0 / ル 工 と , 光 の 進 む 方 向 に よ っ て 伝 わ る 速 度 が 異 な る . ェ 軸 と 2 軸 の 中 間 の 角 度 で 進 む 場 合 は , じ ェ = co れ と = % / ル エ の 中 間 の 速 度 で 伝 わ る . こ の よ う に , 進 む 方 向 に よ っ て 速 度 の 異 な る 光 線 を 異 常 光 線 (extraordinary ray) と い う . 複 屈 折 の 現 象 を 用 い て , 直 線 偏 光 を 取 り 出 す 光 学 素 子 が あ る . こ れ を 偏 光 子 (polarizer) と い う . 光 軸 の 方 向 の 組 み 合 わ せ に よ り 考 案 さ れ て い る い く つ か の 偏 光 子 の う ち , 4 つ の 例 を 図 2.12 に 示 す . そ の な か の 1 つ , ニ コ ル プ リ ズ ム (Nicol prism) に つ い て 説 明 す る . 方 解 石 の 光 軸 に 対 し て 特 定 の 方 向 ( 63.43 。 ) に 結 晶 を 切 り 出 し , そ の 一 角 を 68 。 に す る . そ の よ う な 結 晶 片 を 図 の よ う に カ ナ ダ バ ル サ ム と い う 接 着 剤 で 接 合 す る . そ こ へ 自 然 光 を 入 射 さ せ る と , 常 光 線 と 異 常 光 線 に 相 当 す る 電 気 べ ク ト ル の 振 動 方 向 を も っ 2 つ の 光 線 と し て 結 品 中 を 進 む . カ ナ ダ バ ル サ ム の 屈 折 率 は , 方 解 石 中 の 異 常 光 線 の 屈 折 率 よ り 大 き く , 常 光 線 の 屈 折 率 よ り 小 さ く な っ て い る . し た が っ て , カ ナ ダ バ ル サ ム と の 境 界 面 に 適 切 な 角 度 で 光 線 が や っ て く る と , 全 反 射 ( 5.4 節 参 照 ) で 常 光 線 は 方 解 石 中 へ 反 射 さ れ る が , 異 常 光 線 は カ ナ ダ バ ル サ ム 63.43 。 68 。 常 光 線 ナ ダ ノ ヾ ノ レ サ ム 異 常 光 線 : 空 気 の 間 隙 光 軸 自 然 光 光 直 線 偏 光 自 然 光 異 常 光 線 : 直 線 偏 光 ニ コ ル プ リ ズ ム 図 2.12 プ リ ズ ム ウ ォ ー ラ ス ト ン ー 常 光 線 光 ロ ー ー シ ョ ン プ リ ズ ム い ろ い ろ な 偏 光 子

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112 7.5 光 導 波 路 の 結 合 7 章 マ イ ク ロ 光 学 素 子 光 通 信 用 の 光 回 路 や 光 集 積 回 路 を 作 成 す る た め に は , い ろ い ろ な 光 の 導 波 路 を 結 合 す る 必 要 が あ る . 損 失 を 少 な く 光 を 通 す た め に は , 結 合 す る 光 フ ァ イ バ ー の 継 ぎ 目 を ミ ク ロ ン (gm) の レ ベ ル で 正 確 に 一 致 さ せ る 必 要 が あ る の で , そ の た め の 結 合 用 の 道 具 が い ろ い ろ 考 案 さ れ て い る . 工 事 現 場 で よ く 用 い ら れ て い る 簡 単 な 構 造 の 道 具 と し て , V 字 型 の 溝 や 四 角 の 筒 が あ る . こ れ ら の 上 , ま た は 中 で , 結 合 す べ き 2 つ の フ ァ イ バ ー の 端 面 を 向 か い 合 わ せ て 固 定 し , ア ー ク 放 電 や ガ ス ト ー チ で 融 着 し , ェ ポ キ シ な ど の 耐 久 性 の あ る 物 質 で 固 め る の が , 最 も 普 通 の 方 法 で あ る . 光 を 分 岐 す る に は , 永 久 的 に 分 岐 す る 必 要 の あ る 場 合 と , 時 間 的 に 光 の 経 路 を 変 え た り 分 岐 し た り す る 必 要 が あ る 場 合 と が あ る . 前 者 は 界 面 に 屈 折 率 勾 配 を つ け る な ど , 導 波 路 の 構 造 だ け で 実 現 可 能 だ が , 後 者 の 場 合 は 光 音 響 効 果 , 光 電 気 効 果 , 光 磁 気 効 果 な ど の 外 力 に よ る 物 質 の 光 学 的 性 質 の 変 化 を 併 用 し な く て は な ら な い . 前 者 の 若 干 の 例 を 図 7.11 に 示 す . 図 か ら わ か る よ う に , コ ア 中 の 光 を 直 接 つ な ぐ 方 式 と , 7.2 節 で 述 べ た 表 皮 効 果 に よ り 漏 え い す る 光 や , そ の 効 果 を 高 め る た め に 位 相 整 合 条 件 を 満 足 さ せ る 方 法 な ど が 考 案 さ れ て い る . 光 音 響 効 果 と は , 光 学 物 質 に 力 を 加 え る と , 光 弾 性 効 果 に よ り , 屈 折 率 が 変 化 す る こ と を 利 用 し た も の で あ る . 印 加 す る 力 と し て 超 音 波 を 用 い る と , 光 弾 性 効 果 に よ り , 超 音 波 の 波 長 を 周 期 と す る 屈 折 率 の 変 化 を 生 じ る . こ の 状 態 に 光 を 照 射 す れ ば , 屈 折 率 変 化 は 回 折 格 子 と し て 働 き , 光 は ラ マ ン ・ ナ ス (Raman-Nath) 回 折 や プ ラ ッ グ (Bragg) 回 折 を 生 じ る か ら , こ れ ら の 回 折 光 を 利 用 す れ ば , 光 の 変 向 が 可 能 で あ る . そ れ だ け で な く , こ の 効 果 を 利 用 す れ ば , 変 調 器 や 周 波 数 シ フ タ ー も っ く り う る . (a) テ ー パ ー を つ け て 継 ぐ (d) 単 に ね じ る ( 漏 え い 利 用 ) (b) ノ ッ チ を 入 れ て ク ロ ス す る (e) 曲 げ た フ ァ イ バ ー を 継 ぐ ( 漏 え い 利 用 ) (c) 光 回 路 を 当 初 か ら 作 る ( 漏 え い 利 用 ) ① 位 相 結 合 光 図 7.11 光 導 波 路 の 結 合 方 法

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109 7 . 4 光 フ ァ イ ノ ヾ ー 光 フ ァ イ バ ー 中 を 進 む 光 の 解 析 に は , 幾 何 光 学 的 解 析 法 と ス ラ ブ の と こ ろ で 行 っ た よ う な 波 動 光 学 的 解 析 法 が あ る . 光 線 の 経 路 や 分 散 効 果 だ け を 求 め る に は , 前 者 で 十 分 で あ る が , 特 に SM 型 で 問 題 に な る 波 長 選 別 ( カ ッ ト オ フ 波 長 ) や 伝 送 時 の 損 失 を 求 め る に は , 後 者 の 扱 い が 必 要 に な る . 光 フ ァ イ バ ー の 詳 細 な 波 動 解 析 法 で は , ス ラ ブ 線 路 で 示 し た ( 7. l) 式 を 円 筒 座 標 で 表 現 し て , 境 界 条 件 を 用 い て 解 く の が 一 般 こ で は 経 路 の み を 考 え る こ と に し , 若 干 簡 単 な 方 法 で 扱 う . そ れ に は , 的 だ が , 1 . 1 節 で 示 し た フ ェ ル マ ー の 原 理 , を 微 分 方 程 式 で 示 し た オ イ ラ ー ・ ラ グ ラ ン ジ ュ (Euler-Lagrange) の 式 d 〃 ・ d r ( 7.21) こ で , / は 点 PI か ら P2 ま で に 進 む の に 要 す る 時 間 で , s は 光 線 に を 解 け ば よ い . 沿 っ た 長 さ , r は 光 線 の 位 置 べ ク ト ル , 〃 は 屈 折 率 , co, 。 は そ れ ぞ れ 真 空 中 , 媒 質 中 の 光 速 で あ る . ( 7.21) 式 の 第 1 項 は 屈 折 率 の 場 所 的 変 化 を , 第 2 項 は そ れ に よ る 光 の 経 路 の 変 化 を 表 し て い る . 光 フ ァ イ バ ー が 円 筒 形 で あ る と し て , 上 式 の 一 般 解 は , ( 7.20 ) ( 7 . 22 ) dp 2 d 日 / dz が dp dp ( 7.23 ) E2 が /dp こ で , p, 広 ~ は 円 筒 座 標 を 表 す . ま た E と / は , 2d 日 dz dz ds ' で 定 義 さ れ る 量 で , 入 射 点 , p=po, ~ = 0 で の 屈 折 率 を 〃 0 と す れ ば , 工 0M0 ー ん 0 な る 定 数 で あ る . た だ し , 乙 , 財 0 , N() は , で あ る . ( 7.24 ) ( 7.25 )

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付 録 ( 7.26 ) ( 7.27 ) ( 7.28 ) ( 7.29 ) ( 7.30 ) ( 7.31 ) ( 7.32 ) 真 空 中 を 2 の 方 向 に 伝 搬 す る 光 を 考 え る . ま ず ( 7.1) 式 の 上 側 の 式 を 2 章 中 の マ VII. 1 ( 7 . 2 ) 式 の 導 入 波 路 を 組 み 合 わ せ る こ と に よ り , 3 次 元 マ イ ク ロ 光 機 器 が 実 現 さ れ る . 路 , 光 通 信 に 必 要 な す べ て の 素 子 を つ く る こ と が で き る . し た が っ て , こ れ ら と 光 導 以 上 述 べ た よ う に , 外 力 に よ る 結 晶 の 光 学 的 性 質 の 変 化 を 利 用 す れ ば , 光 集 積 回 ソ レ ー タ ー な ど を つ く る こ と が で き る . フ ォ イ ク ト (Voigt) 効 果 と い う . こ の 偏 光 面 の 回 転 と 偏 光 子 を 併 用 す れ ば , 光 ア イ 光 の 伝 搬 方 向 と 磁 場 方 向 が 平 衡 の 場 合 を フ ァ ラ デ ー (Faraday) 効 果 , 垂 直 な 場 合 を る と , 常 磁 性 体 を 透 過 す る 光 の 偏 光 面 が 回 転 す る . こ れ は 光 磁 気 効 果 の 一 種 で あ り , わ せ 用 い れ ば , 光 の 強 度 変 調 な ど に も 利 用 で き る . さ ら に , 常 磁 性 体 に 磁 場 を 印 加 す 束 の 分 岐 と 光 走 査 な ど が 可 能 で あ る . 当 然 の こ と な が ら , こ の 効 果 と 偏 光 子 を 組 み 合 ス 効 果 は な い . 光 の 伝 搬 方 向 お よ び 偏 光 方 向 と , 電 場 の 印 加 方 向 を 適 当 に 選 べ ば , 光 る も の を カ ー (Kerr) 効 果 と い う . 結 品 に 反 転 対 象 性 が 存 在 す る も の で は ポ ッ ケ ル 場 に 比 例 す る も の を ポ ッ ケ ル ス (pockels) 効 果 , 2 次 す な わ ち 電 場 の 2 乗 に 比 例 す が 2.3 節 で 述 べ た 光 学 的 異 方 性 を も つ ( 光 学 的 異 方 体 に な る ) こ と を い う . 効 果 が 電 光 電 気 効 果 と は , 光 学 結 晶 に 電 場 を 印 加 す る と , 結 晶 の 屈 折 率 異 方 性 が 生 じ , 結 晶 113 ク ス ウ ェ ル の 式 ( 2.4 ) で , 電 流 / = 0 と し た 式 , に 代 人 し , 電 場 の ェ , ″ , ~ 成 分 を 求 め る と , DD öEoE DHz öflz / の Eo / う = öu / の E 住 E = / の Eo 、 E ~ = öllz öx と な る . ま た , ( 7. I) 式 の 下 側 の 式 を 2 章 の マ ク ス ウ ェ ル の 式 ( 2.3 ) に 代 入 し , 磁 場 の ェ , ク , 2 成 分 を 求 め る と , DEz / の ″ 0 〃 ェ = öEx DEy DEy öEz DEz = 旒 oE ェ ー Dx öEx Du 一 Ey öEz

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時 間 36 長 36 拡 散 電 位 98 角 振 動 数 13 カ ー 効 果 113 可 視 光 5 価 電 子 帯 95 , 96 干 渉 縞 42 性 6 キ 規 格 化 周 波 数 105 幾 何 光 学 2 奇 関 数 モ ー ド 103 吸 収 21 係 数 24 性 媒 質 24 線 25 帯 26 ア ア イ ン シ ュ タ イ ン 39 , 44 の 係 数 117 の 召 係 数 117 暗 線 57 異 常 光 線 29 異 常 分 散 25 位 相 4 , 14 整 合 条 件 107 速 度 19 異 方 性 26 E 波 79 , 86 , 88 E 偏 光 79 う な り 21 運 動 量 7 工 , オ エ タ ロ ン 50 工 ー テ ノ レ 9 エ ネ ル ギ ー 密 度 6 , 91 流 15 円 形 ス リ ッ ト 60 遠 赤 外 光 5 円 偏 光 15 , 17 , 32 左 回 り の 右 回 り の H 波 79 , 87 , 89 H 偏 光 79 オ イ ラ ー ・ ラ グ ラ ン ジ ュ の 式 109 音 子 95 カ 回 折 3 , 51 球 面 波 53 境 界 面 78 共 振 系 120 許 容 帯 95 禁 制 帯 95 ク 偶 関 数 モ ー ド 103 空 乏 層 98 矩 形 ス リ ッ ト 59 屈 折 76 率 2 , 9 , 24 , 27 , 34 複 素 24 , 34 ク ラ ッ ド 83 , 102 グ ラ ン プ リ ズ ム 30 群 速 度 19 , 21 コ コ ア 83 , 100 , 102 光 学 的 平 面 69 光 源 9 光 子 7 , 36 数 計 数 法 98 の 運 動 量 92 18 格 子 64 , 66 像 57 , 60 方 向 60 フ ラ ン ウ ン ホ ー フ ァ ー フ レ ネ ル 53 外 部 光 電 効 果 96 開 放 電 圧 98 可 干 渉 35 , 40 53

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7 章 マ イ ク ロ 光 学 素 子 近 来 , 5.4 節 で 述 べ た 光 フ ァ イ バ ー ( 叩 tical fiber) を 用 い て の 光 伝 送 , 光 通 信 や 光 メ モ リ ー な ど 光 エ レ ク ト ロ ニ ク ス 技 術 , さ ら に は , 情 報 処 理 , 光 演 算 な ど が 盛 ん に な っ て き た . そ れ に つ れ て , 通 常 の サ イ ズ の 光 学 素 子 で な く , 小 さ な 光 学 素 子 や 変 調 , 分 岐 , 増 幅 な ど の 要 求 が 高 ま り , マ イ ク ロ 光 学 素 子 に 大 き な 進 歩 を み せ つ つ あ る . こ の 章 で は , そ の な か で と く に 重 要 と 思 わ れ る 若 干 の 例 を 示 す . 7 . 1 マ イ ク ロ レ ン ズ 通 常 の レ ン ズ で は 中 心 部 か ら 周 辺 部 へ 厚 さ を 連 続 的 に 変 え , 中 心 ( 光 軸 ) 付 近 を 通 る 光 と 周 辺 部 を 通 る 光 の 光 学 距 離 を 変 化 さ せ て 光 を 集 光 さ せ た り , 散 光 さ せ た り す る . す な わ ち , 光 が 屈 折 率 の 高 い 部 分 を 通 過 す る の に 時 間 が か か る こ と を 利 用 し て い る . こ の よ う な 形 に ガ ラ ス な ど を 加 工 す る 代 わ り に , 物 質 自 身 に 屈 折 率 〃 の 分 布 を つ く れ ば , 媒 質 中 の 光 速 c = co / 〃 を 利 用 し て 光 の 集 光 ・ 散 光 , さ ら に は 方 向 を 変 え る こ と が で き る . す な わ ち , 光 が 屈 折 率 の 高 い 方 向 に 曲 が る 性 質 を 利 用 し て , 集 光 ・ 散 光 作 用 を す る 屈 折 率 分 布 型 の レ ン ズ を 作 る こ と が で き る . そ の 代 表 的 例 で あ る ロ ッ ド レ ン ズ や 平 板 レ ン ズ を , 図 7.1 ( a ) , ( b ) に 示 す . た と え ば , (a) の よ う に 屈 折 率 が 光 軸 ( 中 心 軸 ) か ら 距 離 の 2 乗 に 比 例 し て 減 少 す る よ う な 円 筒 ロ ッ ド を 作 れ ば , そ の 変 化 に 応 じ た 焦 点 距 離 を も っ た ロ ッ ド レ ン ズ を 作 る こ と が で き る . ま た , 強 力 レ ー ザ ー 光 を 通 す と , 物 質 の 屈 折 率 が 光 の 強 度 に よ っ て 変 化 す る と い う 非 線 形 現 象 が あ る . し た が っ て , 光 束 中 に 光 強 度 の 分 布 を つ く っ て お い て や れ ば , 光 を そ れ 自 身 で 集 光 し た り 発 散 さ せ る こ と も 可 能 で あ る . こ の 自 己 収 れ ん ・ 自 己 発 散 は , 極 超 短 パ ル ス レ ー ザ ー 発 振 な ど に 用 い ら れ る . ま た , 図 7.1 ( b ) に 示 す よ う に , ロ ッ ド レ ン ズ が 平 板 の 中 に 多 数 形 成 さ れ た 2 次 元 ア レ イ に 配 置 す れ ば , 多 数 の レ ン ズ を 配 置 し た こ と と 同 じ に な る か ら , 1 つ の 光 源 ( 物 体 ) か ら 多 く の 像 を つ く る こ と も で き る . 半 径 方 向 の 屈 折 率 分 布 を 適 当 に 変 化 さ せ た り , さ ら に 軸 方 向 の 屈 折 率 分 布 も 変 化 さ せ た り す れ ば , 結 像 の 収 差 を な く す こ と も で き る .