| 1･1光通信とは 1 |
| 1･2新しい発光源と光ファイバ伝送路が得られるまで 3 |
| 1･3光ファイバを用いる通信とその特徴は何か 10 |
| 演習問題 12 |
| 2･1屈折と反射は光導波の基礎 13 |
| 2･2光を導くにはどうするか 16 |
| 2･3光導波路とモード 18 |
| 〔1〕波動方程式による表現 18 |
| 〔2〕導波される光はとびとびのモード 24 |
| 2･4モードの数 27 |
| 2･5単一モード導波路 30 |
| 2･6群速度とは 31 |
| 演習問題 35 |
| 3･1分布屈折率導波路とは 37 |
| 3･2分布屈折率導波路のモード 38 |
| 〔1〕波動方程式によるモード表現 38 |
| 〔2〕分布屈折率導波路の群速度 40 |
| 3･3分布屈折率導波路内の光線 41 |
| 〔1〕光線方程式による解 41 |
| 〔2〕分布屈折率導波路の導波モード数 44 |
| 3･4いろいろな屈折率分布の導波路 45 |
| 〔1〕光線軌跡 45 |
| 〔2〕モード 46 |
| 〔3〕群速度の広がりを小さくする屈折率分布 48 |
| 〔4〕単一モード条件 48 |
| 3･5導波路が曲がる場合 49 |
| 3･6境界に凹凸がある場合 51 |
| 演習問題 51 |
| 4･1半導体レーザの登場 53 |
| 4･2発光現象のしくみとレーザ 55 |
| 〔1〕発光のしくみ 55 |
| 〔2〕光の増幅･発振のしくみ 58 |
| 4･3レーザ動作の原理 59 |
| 〔1〕レーザの発振原理 59 |
| 〔2〕レーザの発振条件 61 |
| 〔3〕発振波長 61 |
| 4･4半導体の発光材料 63 |
| 〔1〕発光材料と遷移 63 |
| 〔2〕発光ダイオード 67 |
| 〔3〕化合物半導体以外のレーザ材料 68 |
| 4･5レート方程式による動作の表現 68 |
| 〔1〕レート方程式 68 |
| 〔2〕半導体レーザのしきい値利得 69 |
| 〔3〕しきい値電流密度 70 |
| 〔4〕光出力と効率 70 |
| 4･6半導体レーザの動作と特性 71 |
| 〔1〕二重へテロ構造による光の閉込め 71 |
| 〔2〕二重へテロ構造半導体レーザの動作 73 |
| 〔3〕半導体レーザの発振スペクトル一 74 |
| 〔4〕出力と効率 74 |
| 4･7量子井戸レーザ 76 |
| 4･8面発光レーザ 78 |
| 4･9レーザ光とコヒーレンス 83 |
| 演習問題 85 |
| 5･1光変調とは 87 |
| 5･2半導体レーザの直接変調 89 |
| 〔1〕レート方程式による解析 89 |
| 〔2〕共振現象 91 |
| 〔3〕共振周波数付近でのパルス発生 92 |
| 〔4〕緩和振動 92 |
| 〔5〕パルス変調におけるキャリヤ蓄積効果 92 |
| 〔6〕半導体レーザの雑音 97 |
| 〔7〕直接変調の限界 98 |
| 〔8〕発光ダイオードの直接変調 99 |
| 5･3外部変調 100 |
| 〔1〕屈折率異方性変化形変調器 100 |
| 〔2〕屈折率変化形変調器 101 |
| 〔3〕光吸収変化形光変調器 103 |
| 〔4〕音響光学効果･磁気光学効果光変調器 103 |
| 5･4光変調と波長のチャーピング 103 |
| 5･5モードロックレーザ 105 |
| 演習問題 106 |
| 6･1光検出器の原理 107 |
| 〔1〕光電力と電気信号 107 |
| 〔2〕光検出器に要求される条件 107 |
| 〔3〕PINフォトダイオードの原理 108 |
| 〔4〕アバランシェフォトダイオード(APD)の原理 108 |
| 6･2実際の光検出器 112 |
| 〔1〕短波長帯の光検出器 112 |
| 〔2〕長波長帯の光検出器 112 |
| 6･3ビットレートと帯域 113 |
| 演習問題 115 |
| 7･1光ファイバ通信用レーザの条件 117 |
| 〔1〕光ファイバの伝送特性と発光素子 117 |
| 〔2〕光源の必要条件 119 |
| 〔3〕光源の十分条件 121 |
| 7･2短波長帯の半導体レーザ 122 |
| 〔1〕GaAlAs系半導体レーザ 122 |
| 〔2〕信頼性向上のためのアプローチ 125 |
| 〔3〕GaAlAsDHレーザの温度特性 125 |
| 7･3長波長帯の半導体レーザ 126 |
| 〔1〕長波長帯光源用半導体材料 126 |
| 〔2〕GaInAsP/InP半導体レーザ 128 |
| 7･4半導体レーザのモード制御 130 |
| 〔1〕横モード制御 130 |
| 〔2〕縦モード制御 132 |
| 7･5動的単一モードレーザ 135 |
| 〔1〕単一波長レーザの必要性 135 |
| 〔2〕動的単一モード半導体レーザとは 136 |
| 〔3〕動的単一モード半導体レーザの発展 139 |
| 〔4〕動的単一モードレーザの特性例 140 |
| 〔5〕波長掃引レーザ 144 |
| 7･6光増幅器 144 |
| 演習問題 147 |
| 8･1光ビームの性質 149 |
| 8･2集光の方法 151 |
| 8･3レーザと光ファイバの結合 155 |
| 8･4いろいろな光回路と部品 157 |
| 〔1〕光コネクタ 157 |
| 〔2〕光スイッチ 158 |
| 〔3〕光減衰器 158 |
| 〔4〕光分岐･方向性結合器 158 |
| 〔5〕光タップ 159 |
| 8･5光アイソレータ 160 |
| 8･6光波長多重方式用の光回路 162 |
| 演習問題 164 |
| 9･1光集積回路とは 165 |
| 9･2光集積回路用導波路 166 |
| 9･3光集積回路の機能と種類 168 |
| 〔1〕光集積回路の機能 168 |
| 〔2〕波長フィルタ 169 |
| 〔3〕一方向性導波路 170 |
| 〔4〕導波路形変調器 170 |
| 〔5〕光偏向器 171 |
| 〔6〕導波路形検波器 171 |
| 〔7〕非線形光導波路 172 |
| 〔8〕メモリ作用をもつ導波路 172 |
| 〔9〕光スイッチ 172 |
| 9･4集積レーザ 173 |
| 〔1〕光集積回路に適したレーザ 173 |
| 〔2〕半導体レーザ高性能化のための集積 176 |
| 9･5光･電子集積回路(OEIC) 177 |
| 9･6フォトニック結晶 179 |
| 演習問題 181 |
| 10･1光ファイバの種類と特徴 183 |
| 10･2光ファイバの導波モード 186 |
| 〔1〕特性方程式 186 |
| 〔2〕弱導波近似 188 |
| 〔3〕モード 189 |
| 〔4〕主モード表示 192 |
| 10･3分布屈折率光ファイバの導波モード 195 |
| 〔1〕エルミート･ガウスモード近似 196 |
| 〔2〕ラゲール･ガウスモード近似 197 |
| 10･4いろいろなファイバ 202 |
| 〔1〕偏波保存ファイバ 202 |
| 〔2〕フォトニック結晶ファイバ 203 |
| 〔3〕非線形ファイバ 203 |
| 10･5光ファイバの材料と製法 204 |
| 〔1〕石英ガラスファイバ 204 |
| 〔2〕波長2/μm帯の赤外ファイバ 208 |
| 10･6光ファイバの損失 209 |
| 〔1〕吸収と散乱による損失 209 |
| 〔2〕境界面での散乱と曲がりによる損失 210 |
| 〔3〕ファイバの接続による損失 212 |
| 〔4〕光ファイバの非線形光学効果 212 |
| 10･7光ファイバの伝送帯域 213 |
| 〔1〕伝送帯域を制限する要因 213 |
| 〔2〕材料分散 214 |
| 〔3〕導波路分散 216 |
| 〔4〕モード分散 219 |
| 〔5〕モード結合とモード依存性のある損失の影響 221 |
| 〔6〕光ファイバの波長分散補償 223 |
| 10･8ケーブルと接続 224 |
| 10･9光ファイバの測定法 226 |
| 〔1〕屈折率分布の測定法 226 |
| 〔2〕伝送損失の測定法 229 |
| 〔3〕伝送帯域の測定法 230 |
| 〔4〕破断点の検出法 233 |
| 演習問題 234 |
| 11･1光ファイバ通信の特徴と応用分野 237 |
| 〔1〕金属ケーブルによる有線通信との比較 237 |
| 〔2〕光ファイバ通信の特徴と応用分野 239 |
| 11･2光ファイバ通信の帯域と伝送距離 240 |
| 〔1〕伝送系のあらまし 240 |
| 〔2〕最低受信レベル 241 |
| 〔3〕伝送距離 243 |
| 11･3光伝送方式の例 245 |
| 〔1〕方式と距離の関係 245 |
| 〔2〕アナログ伝送方式 245 |
| 〔3〕PCM光伝送方式 246 |
| 11･4光多重化方式 249 |
| 〔1〕波長領域多重化方式 249 |
| 〔2〕高周波多重化方式 252 |
| 〔3〕時間領域多重化方式 252 |
| 〔4〕コヒーレント光通信と周波数多重方式 252 |
| 11･5いろいろな光通信システムの例 253 |
| 〔1〕日本における公衆通信システム 253 |
| 〔2〕海底伝送,国際通信システム 255 |
| 〔3〕各国の初期の公衆通信システム 256 |
| 〔4〕光通信システムの各種の応用 256 |
| 〔5〕ディジタル機器間の接続 260 |
| 〔6〕情報通信の基盤ネットワークとして用いられている光通信ネットワーク 260 |
| 11･6光通信システムの現状と将来像 261 |
| 演習問題 263 |
| A.1分布屈折率導波路内での光線軌跡 265 |
| A.2分布屈折率導波路における一周期の位相変化 266 |
| A.3分布屈折率導波路のモード数と群速度 267 |
| A.4分布屈折率ファイバのモードとモード対応表 267 |
| A.5群速度の考え方 268 |
| B.1ベクトル微分演算子∇に関する公式 271 |
| B.2便利なべき級数展開公式 271 |
| B.3デルタ関数(ディラックのδ関数) 272 |
| B.4積分公式 273 |
| B.5円筒関数(ベッセル関数) 273 |
| B.6エルミート多項式の公式 274 |
| B.7ラゲール多項式の公式 274 |
| 年表(光通信のあゆみ) 277 |
| 引用文献 281 |
| 索引 305 |
| 1･1光通信とは 1 |
| 1･2新しい発光源と光ファイバ伝送路が得られるまで 3 |
| 1･3光ファイバを用いる通信とその特徴は何か 10 |
| 演習問題 12 |
| 2･1屈折と反射は光導波の基礎 13 |
| 2･2光を導くにはどうするか 16 |
