書籍 | 光学全般
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9784254137323
光物理学の基礎 ─物質中の光の振舞い─
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Pt
光学ライブラリー 2
江馬一弘 著
A5判 212頁
2010/11/25
朝倉書店 刊行
内容
二面性をもつ光は物質中でどのような振舞いをするかを物理の観点から詳述。
1. 物質の中の光
1.1 光の基本的な性質
1.1.1 様々な電磁波
1.1.2 光の量子性
1.1.3 幾何光学・波動光学・量子光学
1.1.4 光の速さ
1.1.5 単色波の表し方
1.1.6 偏光
1.2 物質中に生じる2次光
1.2.1 重要なのは光の電場
1.2.2 1つの原子による光の散乱
1.2.3 原子が規則的に並んでいる場合
1.2.4 多数の原子が密にある場合
1.3 屈折率とは
1.3.1 原子シートにおける透過光
1.3.2 2次光の位相のずれ
1.3.3 透過光E1の位相のずれ
1.3.4 物質の中の波長
1.3.5 屈折率の導出
1.4 電磁気学へ
1.4.1 マクロな電場と分極
1.4.2 線形光学と非線形光学
1.5 量子力学的な屈折率の概念
1.5.1 光と2準位系の相互作用の素過程
1.5.2 仮想励起
1.5.3 物質中の光の状態
演習問題
2. 光の伝搬方程式
2.1 真空中のマクスウェル方程式
2.2 任意の光電場の表し方
2.2.1 波の重ね合わせ
2.2.2 フーリエ成分で表す
2.3 物質中のマクスウェル方程式
2.3.1 真空中と物質中の違い
2.3.2 電荷密度ρと電流密度J
2.3.3 DとHも使った(一般的な)マクスウェル方程式
2.3.4 Pで表したマクスウェル方程式
2.4 マクスウェル方程式から伝搬方程式へ
2.4.1 マクスウェル方程式を横波と縦波に分解
2.4.2 横波電場の伝搬方程式
2.4.3 物質内の光電場の導き方
2.4.4 残りのマクスウェル方程式
2.5 簡単な伝搬方程式の解―線形物質の場合―
2.5.1 線形物質
2.5.2 線形物質での伝搬方程式
2.5.3 1章で導いた屈折率との関係
2.5.4 線形物質でのマクスウェル方程式
2.6 光のエネルギー
2.6.1 電磁場のエネルギー保存
2.6.2 ポインティングの定理
2.6.3 物質内での電磁場を考える
2.6.4 光の強度
2.6.5 光強度と光電場の具体的な値
演習問題
3. 応答関数と光学定数
3.1 応答関数
3.1.1 感受率
3.1.2 応答関数の性質
3.1.3 応答関数の例:デバイ緩和
3.1.4 感受率の実部と虚部の意味
3.1.5 実部と虚部の振る舞いの例:デバイ緩和
3.1.6 誘電率
3.1.7 クラマース・クローニッヒの関係式
3.2 光学定数
3.2.1 フーリエ成分の伝搬方程式
3.2.2 複素屈折率と光学定数
3.2.3 応答関数と光学定数の関係
3.2.4 電気伝導度
3.3 エネルギーの流れ
3.3.1 線形物質でのエネルギー速度
3.3.2 虚部がある場合のポインティングの定理
3.3.3 物質と電磁場の切り離し
3.3.4 元の入射光と物質内の伝搬光
演習問題
4. 境界面における反射と屈折
4.1 反射の法則と屈折の法則
4.1.1 境界条件
4.1.2 反射の法則と屈折の法則(虚部が無視できる場合)
4.1.3 虚部がある場合の屈折光
4.1.4 有効屈折率
4.2 フレネルの公式
4.2.1 反射係数と透過係数
4.2.2 複素数の角度の定義
4.2.3 虚部がある場合のフレネルの公式
4.3 反射率と透過率
4.3.1 反射率と透過率の入射角依存症
4.3.2 ブリュースター角
4.3.3 全反射
4.3.4 エバネッセント波
4.4 光学測定より光学定数を導く方法
4.4.1 透過スペクトルから吸収係数を導く
4.4.2 反射スペクトルから光学定数を導く
演習問題
5. 誘電体の光学応答
5.1 ローレンツモデル
5.1.1 基本のモデル
5.1.2 ローレンツモデルの感受率と比誘電率
5.1.3 振動子強度
5.1.4 広い範囲での比誘電率の振る舞い
5.1.5 共鳴領域の比誘電率
5.1.6 縦波と横波
5.2 横波の伝搬
5.2.1 伝搬方程式との連立
5.2.2 光と振動子の結合:ポラリトン
5.2.3 ポラリトンの分散曲線
5.2.4 ポラリトンの概念は必要か
5.2.5 ΩTとΩLの間の全反射領域の物理的イメージ
5.3 縦波の解
5.3.1 縦波が存在する条件
5.3.2 縦波振動数の意味
5.4 半古典的モデル
5.4.1 1次の摂動解
5.4.2 半古典的線形感受率
5.4.3 半古典論における振動子強度
5.4.4 ローレンツモデルと半古典論との対応
5.5 その他の補正
5.5.1 居場所補正
5.5.2 空間分散
5.5.3 半導体におけるバンド間遷移
演習問題
6. 金属の光学応答
6.1 ドルーデモデル
6.1.1 金属の比誘電率
6.1.2 金属における全反射
6.1.3 電気伝導度との関係
6.2 プラズマ振動
6.2.1 電子集団の固有振動
6.2.2 個々の振動と集団の振動
6.3 表面モード
6.3.1 表面波が存在する条件
6.3.2 表面プラズモン
6.3.3 表面プラズモンの生成
6.3.4 表面ポラリトン
演習問題
7. 光パルスの線形伝搬
7.1 光パルス
7.1.1 パルス幅とスペクトル幅の関係
7.1.2 フーリエ限界パルス
7.1.3 位相変調の効果
7.1.4 周波数変調
7.2 分散物質中での群速度と群速度分散
7.2.1 位相速度
7.2.2 群速度
7.2.3 群速度の別の見方
7.2.4 群速度分散
7.2.5 回折とのアナロジー
7.2.6 高次の分散の影響
7.3 透明領域でのパルス伝搬
7.3.1 透明(非共鳴)領域での群速度
7.3.2 具体的な伝搬波形
7.3.3 ガラスの屈折率
7.3.4 光ファイバー中のパルス伝搬
7.4 共鳴領域での光パルス伝搬
7.4.1 共鳴領域の伝搬の特徴
7.4.2 共鳴領域での群速度
7.4.3 ポラリトンビート
7.4.4 超高速伝搬
7.5 パルスの先端の速度
7.5.1 パルスの先端の速度
7.5.2 先駆信号
付録
A. 原子シートを通過した後の入射光
B. 2次光Etの位相のずれδについて
C. 1章の屈折率の表式(1.32)について
D. フーリエ変換について
D.1 フーリエ級数展開
D.2 フーリエ変換
D.3 微分のフーリエ変換
D.4 代表的な関数のフーリエ変換とフーリエ変換の性質
D.5 積のフーリエ変換とコンボリューション
E. 時間レンズ
E.1 フレネル回折と群速度分散
E.2 空間レンズと時間レンズ
F. 超高速伝搬
F.1 異常分散領域での超高速伝搬
F.2 超高速伝搬は伝搬光といえるか
参考文献
索引
