工学系のためのレーザー物理入門

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工学系のためのレーザー物理入門
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内容紹介

本書はこれからレーザーの基礎を学ぼうという学生だけでなく,すでにレーザーを使用している技術者・研究者が,レーザーの実用的価値と物理的基礎との関係を理解するための入門書です。
本書は4つの章から構成されています。第1章では,レーザーが活用されている具体的な事例を紹介し,その活用例とレーザー光の特徴との関係を提示しています。第2章では,レーザー光の特徴である指向性,集束性,単色性,高速性について,主に波動光学に従って定式化して解説しています。第3章では,レーザー光の動作原理を,特に誘導放出による光増幅という観点から定式化して解説しています。第4章では,レーザー光の高いエネルギー密度という特徴によって容易に観測できるようになった非線形光学効果について,基本から概説しています。実用上きわめて重要な現象である非線形光学効果について,レーザーを使う技術者・研究者にぜひ知っておいていただきたい内容を厳選しています。定式化が増える部分ですが,基本となる考え方や物理的イメージが理解できるように説明を加えています。
本書は,「より少ない基本的な考え方で,いかに多くの現象が説明できるかということ自体を学んでもらう」ことを目的とし,レーザー光の最大の特徴である「可干渉性(コヒーレンス)」という概念に焦点を絞って,多くの現象を統一的に説明しています。類似の定式化と説明文で埋め尽くされているような印象を受ける読者もいるかもしれませんが,結果を端的に示すことよりも,その結果を導出するまでの前提と過程を本当に理解できるまでじっくり深く考えることができるように意図しました。
長きにわたり、手元に置いておける座右の書となるはずです。ぜひご一読ください。
【目次】
第1章 レーザー光の応用
1.1 計測への応用 1.2 加工への応用 1.3 情報通信分野での応用
1.4 基礎科学のツールとしての応用 1.5 実際のレーザー装置 1.6 レーザー光の特徴とコヒーレンス
第2章 レーザー光の性質
2.1 光の波の数学的な表し方 2.2 指向性 2.3 集束性
2.4 導波路 2.5 レーザー共振器 2.6 高速性
第3章 レーザーの原理
3.1 吸収と放出 3.2 正帰還と発振 3.3 レート方程式 3.4 レーザーのしきい値特性
3.5 レーザーの原理を理解する上での量子論の重要性
3.6 吸収と放出の量子論 3.7 モード同期パルスレーザー
第4章 媒質中の光の伝搬と非線形光学効果
4.1 非線形光学効果のあらまし 4.2 線形媒質中の光の伝搬
4.3 非線形媒質中での光の伝搬 4.4 電気感受率のテンソル表現
4.5 2次非線形光学効果と周波数変換 4.6 3次非線形光学効果とその応用

目次

  • 第1章 レーザー光の応用
  • 1.1 計測への応用
  • 1.2 加工への応用
  • 1.3 情報通信分野での応用
  • 1.4 基礎科学のツールとしての応用
  • 1.5 実際のレーザー装置
  • 1.6 レーザー光の特徴とコヒーレンス
  • 第2章 レーザー光の性質
  • 2.1 光の波の数学的な表し方
  • 2.1.1 平面波
  • 2.1.2 球面波
  • 2.2 指向性
  • 2.3 集束性
  • 2.4 導波路
  • 2.5 レーザー共振器
  • 2.5.1 鏡が2枚の場合
  • 2.5.2 光線行列
  • 2.5.3 周期的境界条件
  • 2.6 高速性
  • 2.6.1 周波数モードと光パルス列
  • 2.6.2 光パルスの時間波形
  • 2.6.3 ガウス波形パルス
  • 2.6.4 スペクトル位相とチャープパルス
  • 第3章 レーザーの原理
  • 3.1 吸収と放出
  • 3.2 正帰還と発振
  • 3.3 レート方程式
  • 3.3.1 2準位系
  • 3.3.2 3準位系
  • 3.3.3 定常状態
  • 3.3.4 4準位系
  • 3.4 レーザーのしきい値特性
  • 3.5 レーザーの原理を理解する上での量子論の重要性
  • 3.6 吸収と放出の量子論
  • 3.6.1 物質と光の相互作用の量子論
  • 3.6.2 反転分布と分極の量子論的表現
  • 3.6.3 レート方程式の量子論
  • 3.7 モード同期パルスレーザー
  • 3.7.1 モード同期の基本原理
  • 3.7.2 受動モード同期
  • 3.7.3 フェムト秒チタンサファイアレーザーの特徴
  • 3.7.4 カーレンズモード同期の動作原理
  • 3.7.5 最近のフェムト秒パルスレーザー
  • 第4章 媒質中の光の伝搬と非線形光学効果
  • 4.1 非線形光学効果のあらまし
  • 4.1.1 電気分極のべき級数展開
  • 4.1.2 2次および3次の非線形分極
  • 4.1.3 光周波数変換のあらまし
  • 4.2 線形媒質中の光の伝搬
  • 4.2.1 伝搬方程式
  • 4.2.2 調和振動子モデル
  • 4.2.3 電気感受率と伝搬定数
  • 4.3 非線形媒質中での光の伝搬
  • 4.3.1 非調和振動子モデル
  • 4.3.2 非線形感受率
  • 4.3.3 結合波方程式
  • 4.4 電気感受率のテンソル表現
  • 4.4.1 線形感受率テンソル
  • 4.4.2 結晶中の光の伝搬
  • 4.4.3 非線形感受率テンソル
  • 4.5 2次非線形光学効果と周波数変換
  • 4.5.1 第2高調波発生
  • 4.5.2 位相整合
  • 4.5.3 具体的な位相整合法
  • 4.5.4 和周波発生
  • 4.5.5 差周波発生
  • 4.5.6 3光波混合におけるエネルギーの移行
  • 4.5.7 光パラメトリック増幅
  • 4.6 3次非線形光学効果とその応用
  • 4.6.1 3次非線形分極
  • 4.6.2 非線形屈折率効果と非線形吸収効果
  • 4.6.3 自己収束と自己位相変調
  • 4.6.4 可飽和吸収
  • 4.6.5 4光波混合と位相共役波発生
  • 4.6.6 非線形ラマン散乱

製品情報

製品名 工学系のためのレーザー物理入門
著者名 著:三沢 和彦 著:芦原 聡
発売日 2020年03月19日
価格 定価 : 本体3,600円(税別)
ISBN 978-4-06-153281-6
判型 A5
ページ数 256ページ

著者紹介

著:三沢 和彦(ミサワ カズヒコ)

1992年東京大学大学院理学系研究科博士課程修了。東京大学大学院理学系研究科助手,東京農工大学工学部助教授を経て,現在は東京農工大学工学研究院先端物理工学部門教授。2017年より工学研究院長・工学府長。

著:芦原 聡(アシハラ サトシ)

1998年東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻修士課程修了。東京大学生産技術研究所助手,東京農工大学大学院共生科学技術研究院特任助教授,同大学工学研究院先端物理工学部門准教授を経て,現在は東京大学生産技術研究所准教授。

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