科学技術と共に歩む

1 光の電磁気学
1.1　光の伝搬…2
1.1.1　マクスウェル方程式と物質方程式…2
1.1.2　波動方程式…4
1.1.3　調和振動解としての光波…4
1.1.4　誘電体中での光波…6
　1.1.5　平面波と球面波…8
　1.1.6　導体中での光波…10
　1.1.7　電場と磁場の関係…11
　1.1.8　光のエネルギー…12
1.2　偏　　　　　光…15
1.3　反射と屈折…19
　1.3.1　境界条件…19
　1.3.2　反射と屈折の法則…20
　1.3.3　フレネルの法則…21
　1.3.4　全反射とエバネッセント波…25
1.4　分　　　　　散…28
　1.4.1　ローレンツの理論…29
　1.4.2　正常分散と異常分散…31
　1.4.3　群速度…32
演習問題…34

2　光と視覚
2.1　視　　　　　覚…35
　2.1.1　人間の眼の構造…35
　2.1.2　人間の視覚特性…39
　2.1.3　複　　　　　眼…42
2.2　放射量と測光量…43
　2.2.1　放射束と光束…43
　2.2.2　放射強度と強度(光度)…44
　2.2.3　放射束発散度と光束発散度…44
　2.2.4　放射輝度と輝度…45
　2.2.5　放射照度と照度…45
　2.2.6　完全拡散面…47
演習問題…49

3　幾何光学
3.1　基本式…50
　3.1.1　アイコナール方程式…50
　3.1.2　フェルマの原理…52
3.2　レンズ結像系…53
　3.2.1　座標系と近軸近似…53
　3.2.2　マトリックスによる光学系の表現…54
　3.2.3　薄いレンズによる結像…57
　3.2.4　焦点距離…58
　3.2.5　結像の作図…60
　3.2.6　倍　　　　　率…61
　3.2.7　主要点…62
3.3　収　　　　　差…65
3.4　絞　　　　　り…67
　3.4.1　入射瞳と射出瞳…68
　3.4.2　輝度不変の法則…69
3.5　光学機械…72
　3.5.1　カメラ…72
　3.5.2　拡大鏡…74
　3.5.3　顕微鏡…75
　3.5.4　望遠鏡…77
演習問題…78

4　干　　　　　渉
4.1　波の重ね合わせと干渉…81
4.2　波面分割による二光束干渉…84
4.3　振幅分割による二光束干渉…86
　4.3.1　等傾角干渉…86
　4.3.2　等厚干渉…88
　4.3.3　さまざまな干渉計…90
4.4　多光束干渉…94
　4.4.1　平行板での多光束干渉…94
　4.4.2　多層膜干渉…98
4.5　コヒーレンス…102
　4.5.1　波の相関性…102
　4.5.2　時間的コヒーレンス…104
　4.5.3　空間的コヒーレンス…105
　4.5.4　天体干渉計と強度干渉計…107
　4.5.5　低コヒーレンス干渉…109
演習問題…110

5　回折
5.1　ホイヘンスの原理…112
5.2　キルヒホッフの回折理論…113
5.3　フラウンホーファー回折…118
　5.3.1　フーリエ変換と空間周波数…118
　5.3.2　レンズによるフーリエ変換…119
　5.3.3　フーリエ変換の性質…121
　5.3.4　フラウンホーファー回折像…122
　5.3.5　回折格子…125
5.4　フレネル回折…128
　5.4.1　フレネル積分…128
　5.4.2　フレネルの輪帯…132
5.5　ホログラフィー…137
　5.5.1　ホログラムの記録と再生…137
　5.5.2　ホログラムの分類…140
演習問題…141

6　フーリエ光学
6.1　フーリエ変換と空間周波数解析…143
6.2　フーリエ変換とコンボリューション…146
6.3　コンボリューションによる光学系の表現…149
6.4　コヒーレント光学系の伝達特性…151
6.5　インコヒーレント光学系の伝達特性…155
6.6　変調伝達関数…158
6.7　空間周波数フィルタリング…161
6.8　サンプリング定理…165
6.9　角スペクトルによる回折表現…166
演習問題…167

7　結晶光学
7.1　結晶内の電磁場…169
7.2　フレネルの方程式…172
7.3　結晶内の光の伝搬…174
7.4　単軸結晶内の光の伝搬…179
7.5　偏光素子…181
　7.5.1　偏光子…181
　7.5.2　波長板…184
　7.5.3　液晶…186
演習問題…188

8　光ファイバ
8.1　幾何光学的解釈…189
8.2　光ファイバによる画像伝送…192
8.3　電磁気学的解釈…195
演習問題…199

9　光の量子論
9.1　光波と光子…201
　9.1.1　シュレーディンガー方程式…201
　9.1.2　量子力学の解釈と表示法…204
　9.1.3　不確定性関係…206
9.2　電磁場の量子化…207
　9.2.1　調和振動子と零点エネルギー…207
　9.2.2　コヒーレント状態とスクイーズド状態…211
　9.2.3　強度干渉とコヒーレンス…217
演習問題…222

付録…223
引用・参考文献…227
演習問題の解答例…230
索引…235