| 第1章 光通信のあらまし |
| 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 |
| 第2章 光を導く現象の基礎 |
| 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 |
| 第3章 分布屈折率光導波路 |
| 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 |
| 第4章 発光と半導体レーザの基礎 |
| 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〕 二重ヘテロ構造による光の閉込め 71 |
| 〔2〕 二重ヘ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 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 |
| 第5章 光変調 |
| 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 |
| 第6章 光検出 |
| 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 |
| 第7章 光通信用光源 |
| 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〕 GaAlAs DH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〕 動的単一モードレーザとは 135 |
| 〔2〕 動的単一モードレーザの条件 137 |
| 〔3〕 各種の動的単一モードレーザ 138 |
| 〔4〕 動的単一モード半導体レーザの発展 141 |
| 〔5〕 動的単一モードレーザの特性例 142 |
| 7.6 光増幅器 144 |
| 演習問題 147 |
| 第8章 光回路と光コンポーネント |
| 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 |
| 第9章 光集積回路 |
| 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 |
| 第10章 光ファイバ伝送路 |
| 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 195 |
| 〔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2μm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 |
| 第11章 光通信システムとその応用 |
| 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 |
| 付録A |
| 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 |
| 付録B |
| B.1 ベクトル演算子∇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 |
| コラム |
| 1A 大気の光伝搬特性 9 |
| 2A 波の基本方程式（1）マクスウェル方程式 19 |
| 2B 遅い光 34 |
| 3A 光線方程式 42 |
| 4A 発光のしくみ 55 |
| 4B 波の基本方程式（2）シュレーディンガー方程式 56 |
| 4C 垂直共振器形面発光レーザの特徴 81 |
| 5A 波長のチャーピング 104 |
| 7A 半導体レーザの発展 146 |
| 8A 光の分岐と合流 163 |
| 10A 各種の光ファイバ 234 |
| 11A 光ファイバ通信の広がり 264 |
| 第1章 光通信のあらまし |
| 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 |
| 第2章 光を導く現象の基礎 |
