材料・化学系技術者のための光学入門

渡辺 敏行(著)

渡辺 敏行(著)

定価 4,400 円(本体 4,000 円+税)

A5判/264ページ
刊行日:2023年10月01日
ISBN:978-4-254-13148-2 C3042

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内容紹介

化学系学生や材料開発に携わる技術者のための入門書。数学や電磁気学の基礎からていねいに解説。〔内容〕ベクトル解析/マクスウェル方程式・波動方程式/光波の基礎/屈折率・異方性/物質と光の相互作用/偏光/反射・屈折/光ファイバー・光導波路/波動の重ね合わせ/回折/散乱/結像光学

編集部から

【関連動画】
動画1:すりがらす
動画2:フレネル反射
動画3:ブリュースター角
動画4:晴天下での携帯電話の画面
動画5:複屈折

目次

1. ベクトル解析
 1.1 ベクトルとスカラーの違い
 1.2 スカラー積の導入
 1.3 ベクトル積の導入
 1.4 ベクトル場の流出量と流入量
 1.5 偏微分とは
 1.6 全微分とは
 1.7 スカラー場の勾配を表す偏微分:grad
 1.8 ベクトル場のわき出しを表す偏微分:div
 1.9 ベクトル場の回転を表す偏微分:rot
 1.10 線積分
 1.11 ガウスの定理
 1.12 ストークスの定理
  1.12.1正方形のまわりの循環

2. マックスウェル方程式からの波動方程式の導出
 2.1 マックスウェル方程式と波動方程式の導出
 2.2 波動方程式の解
 2.3 光波の複素数表示

3. 光波の基礎事項
 3.1 電磁波の波長
 3.2 光波の基本パラメーター
 3.3 波数ベクトルと電場および磁場の向き
 3.4 横波
 3.5 電場と磁場のエネルギー
 3.6 ポインティングベクトル
 3.7 光の強度

4. 屈折率の異方性をどのように表すか
 4.1 誘電率テンソル
 4.2 固有偏光とフレネル方程式
 4.3 1軸結晶の光学的性質
 4.4 波面法線ベクトルと光線ベクトルが光学軸となす角度の関係
 4.5 2軸結晶の光学的性質
 4.6 2軸結晶における光学軸
 4.7 屈折率楕円体

5. 物質と光の相互作用
 5.1 物質と光の関わり
 5.2 物質の色
 5.3 光による物質の分極
 5.4 光の吸収と屈折
 5.5 ローレンツの局所電場
 5.6 クラジウス・モソッティの式
 5.7 低分子・高分子の屈折率予測(経験的推定法:原子団寄与法)
 5.8 物質(分子・高分子)の屈折率予測(量子化学計算による方法)
 5.9 屈折率の高い高分子材料
 5.10 屈折率の低い高分子材料
 5.11 分子配向と屈折率の関係
 5.12 膜厚方向の分極処理による屈折率制御

6. 偏光
 6.1 直線偏光
 6.2 円偏光
  6.2 .1右円偏光
  6.2 .2左円偏光
 6.3 楕円偏光
 6.4 楕円偏光の標準型への変形

7. ベクトルによる偏光の記述
 7.1 ジョーンズベクトル
 7.2 ジョーンズマトリックス
  7.2.1 有用な偏光素子(波長板)のジョーンズマトリックス
  7.2.2 偏光の変換
 7.3 ストークスパラメーター
 7.4 ストークスパラメーターとポアンカレ球

8. 反射と屈折
 8.1 反射の法則
 8.2 スネルの法則
 8.3 反射と屈折の波動論
 8.4 フレネルの公式
  8.4.1 電場Eが入射面に垂直な場合(s偏光入射)
  8.4.2 電場Eが入射面に平行な場合(p偏光入射)
 8.5 ブリュスター角
 8.6 反射率と透過率
  8.6.1 偏光度

9. 光ファイバー,光導波路の基礎
 9.1 ファイバー光学
 9.2 伝搬可能なモード数とカットオフ波長
 9.3 ファイバー通信技術
 9.4 パルスの広がり(モード間分散)
 9.5 グレーデッド型屈折率分布
 9.6 材料分散
 9.7 光導波路

10. 波動の重ね合わせの原理
 10.1 干渉(同じ角周波数を持つ電磁波の重なり)
 10.2 ヤングの実験
 10.3 位相と位相速度
 10.4 うなり(異なる角周波数を持つ電磁波の重なり)
 10.5 位相速度と群速度

11. 回折
 11.1 ホイヘンスの原理
 11.2 球面波
 11.3 回折

12. 散乱
 12.1 レイリー散乱
 12.2 ミー散乱

13. 結像光学
 13.1 フェルマーの原理
 13.2 単一球面での屈折による結像その
 13.3 単一球面での屈折による結像その
  13.3.1 薄肉両凸レンズの焦点距離
  13.3.2 横倍率
  13.3.3 角倍率
  13.3.4 縦倍率
  13.3.5 物体と像の位置関係
 13.4 光線追跡法
  13.4.1 光線ベクトル
  13.4.2 伝達マトリックス
  13.4.3 左側が凸面のレンズの屈折マトリックス
  13.4.4 右側が凸面のレンズの屈折マトリックス
  13.4.5 光線追跡法による薄肉レンズの結像の解析
  13.4.6 2枚の薄肉レンズの組み合わせと主平面
  13.4.7 厚肉両凸レンズのシステムマトリックス
  13.4.8 厚肉レンズの主点と主平面
 13.5 収差

索  引

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