| 1.概説 |
| 1.1 はじめに 1 |
| 1.2 光エレクトロニクスの歴史 2 |
| 1.2.1 電気通信技術の高周波化 2 |
| 1.2.2 電波技術から光波技術へ 4 |
| 1.3 レーザの原理と構造 4 |
| 1.3.1 レーザの原理 4 |
| 1.3.2 He-Ne(ヘリウム・ネオン)レーザ 6 |
| 1.3.3 半導体レーザ 8 |
| 1.4 本書の構成 12 |
| 演習問題 12 |
| 2.波動光学 |
| 2.1 マクスウェルの方程式 13 |
| 2.2 波動方程式 13 |
| 2.3 伝搬定数 15 |
| 2.4 z方向に進む平面波 16 |
| 2.5 任意の方向に進む平面波 18 |
| 2.6 金属導波管中の波動と表面波 19 |
| 2.7 伝送パワー 20 |
| 2.8 位相速度と群速度 21 |
| 2.9 k-β図表 22 |
| 2.10 偏光 23 |
| 2.10.1 基本式 24 |
| 2.10.2 直線偏光 24 |
| 2.10.3 円偏光 24 |
| 2.10.4 だ円偏光 25 |
| 2.11 誘電体の界面における屈折と反射 26 |
| 2.11.1 スネルの法則 26 |
| 2.11.2 入射光の電界が入射面に垂直な場合 27 |
| 2.11.3 入射光の電界が入射面に平行な場合 29 |
| 2.11.4 ブルースタ角 29 |
| 2.11.5 グースヘンヒェン偏移 31 |
| 2.12 干渉とコヒーレンス 31 |
| 2.12.1 干渉じまの記録 31 |
| 2.12.2 干渉じまの鮮明度 33 |
| 2.12.3 コヒーレンスとコヒーレンス長 33 |
| 2.12.4 コヒーレンスのより正確な表示 34 |
| 2.12.5 半導体レーザの場合 35 |
| 2.12.6 He-Neレーザの場合 36 |
| 演習問題 37 |
| 3.幾何光学 |
| 3.1 波動光学と幾何光学 38 |
| 3.2 アイコナール方程式 39 |
| 3.3 光線方程式 41 |
| 演習問題 43 |
| 4.回折 |
| 4.1 歴史的背景 44 |
| 4.1.1 ホイゲンスの原理 44 |
| 4.1.2 フレネルの回折理論 45 |
| 4.2 回折の基礎理論 46 |
| 4.2.1 キルヒホッフの積分定理 46 |
| 4.2.2 フレネル・キルヒホッフの回折積分 47 |
| 4.2.3 フレネル・キルヒホッフの回折積分の物理的意味 48 |
| 4.3 近軸上の回折波の伝搬 49 |
| 4.3.1 近軸上の回折問題 49 |
| 4.3.2 フレネル回折とフラウンホーファ回折 50 |
| 4.3.3 各回折像の計算法 52 |
| 4.3.4 フラウンホーファ回折像がフーリエ変換像となることの物理的意味 54 |
| 4.4 等価的にフラウンホーファ回折像を得るための光学系 55 |
| 4.4.1 フーリエ変換光学系(I) 56 |
| 4.4.2 フーリエ変換光学系(II) 58 |
| 4.5 種々の開口に対するフラウンホーファ回折像 58 |
| 4.5.1 方形開口の場合 58 |
| 4.5.2 スリット状の開口の場合 60 |
| 4.5.3 円形開口の場合 60 |
| 4.5.4 正弦波格子の場合 61 |
| 4.6 ガウスビーム 62 |
| 演習問題 63 |
| 5.光ファイバの特徴と特性 |
| 5.1 光通信と光通信研究の歴史の概観 65 |
| 5.1.1 前史(光通信実用の時代) 65 |
| 5.1.2 休止期(電波開拓の時代) 66 |
| 5.1.3 準備期(模索の時代) 67 |
| 5.1.4 光ファイバの登場 69 |
| 5.2 光ファイバの特徴 70 |
| 5.3 光ファイバの種類と特性 71 |
| 5.3.1 多モード光ファイバと単一モード光ファイバ 71 |
| 5.3.2 光ファイバにおける「分散」 72 |
| 5.3.3 種々の分散の大きさの比較 73 |
| 5.3.4 不均一コア光ファイバ 74 |
| 5.4 光ファイバの伝送損失 76 |
| 5.4.1 損失の諸要因 76 |
| 5.4.2 実際の光ファイバの損失の波長特性 78 |
| 5.5 光ファイバの製造法 78 |
| 5.5.1 製造法の種類 78 |
| 5.5.2 二重るつぼ法 79 |
| 5.5.3 MCVD法 79 |
| 5.5.4 VAD法 80 |
| 演習問題 81 |
| 6.幾何光学による光ファイバの解析 |
| 6.1 まえがき 82 |
| 6.2 幾何光学による均一コア光ファイバの取扱い 83 |
| 6.2.1 均一コア光ファイバ中の光線の種類 83 |
| 6.2.2 子午光線の解析 84 |
| 6.2.3 開口数 84 |
| 6.2.4 子午光線の分散 85 |
| 6.3 幾何光学による不均一コア光ファイバの取扱い 86 |
| 6.3.1 不均一コア光ファイバ中の光線の種類 86 |
| 6.3.2 基本方程式 86 |
| 6.3.3 解の実例(I) 子午光線 87 |
| 6.3.4 均一コアの場合との比較 89 |
| 6.3.5 解の実例(II) ら旋光線 90 |
| 6.4 まとめ 91 |
| 演習問題 91 |
| 7.波動光学による光ファイバの解析 |
| 7.1 まえがき 93 |
| 7.2 基本方程式の導出 94 |
| 7.2.1 直角座標系における波動方程式 94 |
| 7.2.2 円柱座標系における波動方程式 95 |
| 7.3 均一コア光ファイバ中の波動 96 |
| 7.3.1 波動方程式の一般解 96 |
| 7.3.2 コアおよびクラッド中の電磁界の解 97 |
| 7.3.3 モードの分類 100 |
| 7.3.4 固有方程式(厳密解) 100 |
| 7.3.5 固有方程式(弱導波近似解) 102 |
| 7.3.6 固有方程式の統一形式 102 |
| 7.4 均一コア光ファイバの諸性質 104 |
| 7.4.1 伝搬モード,放射モード,漏洩モード 104 |
| 7.4.2 各モードの伝搬特性の決定 105 |
| 7.4.3 モード番号lの意味と遮断周波数 106 |
| 7.4.4 LPモード 107 |
| 7.4.5 分散曲線 109 |
| 7.4.6 単一モード光ファイバと多モード光ファイバ 110 |
| 7.4.7 電磁界分布 112 |
| 7.5 均一コア光ファイバの分散特性 113 |
| 7.5.1 分散の諸要因 113 |
| 7.5.2 群遅延を表す式 114 |
| 7.5.3 多モード分散 116 |
| 7.5.4 波長分散 116 |
| 7.5.5 導波路分散 117 |
| 7.5.6 材料分散 118 |
| 7.5.7 種々の分散の大きさの比較 119 |
| 7.6 不均一コア光ファイバの解析と伝搬特性 120 |
| 7.6.1 種々の解析法 120 |
| 7.6.2 波動光学的な解析の必要性 121 |
| 7.6.3 分散特性と群遅延特性の解析例 122 |
| 演習問題 123 |
| 8.光通信システム |
| 8.1 光通信システムの基本形と種々の形式 126 |
| 8.1.1 空間伝搬形光通信と光ファイバ通信 126 |
| 8.1.2 用途による分類 127 |
| 8.1.3 ディジタル変調方式とアナログ変調方式 127 |
| 8.2 構成部品と使用波長帯 128 |
| 8.2.1 光源 128 |
| 8.2.2 変調器 129 |
| 8.2.3 光ファイバ 130 |
| 8.2.4 光検出器 132 |
| 8.2.5 各構成部品の特性と使用波長帯との関連 132 |
| 8.3 変調と符号化 133 |
| 8.3.1 アナログ変調の諸形式 133 |
| 8.3.2 アナログ予変調の諸形式 134 |
| 8.3.3 ディジタル変調の諸形式 135 |
| 8.3.4 ディジタル信号の再符号化(冗長化符号) 136 |
| 8.4 光通信回線の設計 136 |
| 8.4.1 信号対雑音比(SN比)と符号誤り率 136 |
| 8.4.2 損失制限と帯域制限 137 |
| 8.5 周波数多重光通信とヘテロダイン形光通信 138 |
| 8.5.1 周波数多重光通信 138 |
| 8.5.2 ヘテロダイン形光通信 139 |
| 8.6 光通信に用いられる光回路部品 139 |
| 演習問題 140 |
| 9.ホログラフィの原理と特性 |
| 9.1 ホログラフィとは何か 141 |
| 9.2 ホログラフィの歴史 145 |
| 9.2.1 ガボアの提案 145 |
| 9.2.2 リース・ウパートニクスの二光束法 147 |
| 9.2.3 二光束法登場以後のホログラフィ研究の展開 149 |
| 9.3 ホログラフィの原理の説明(I) 局所的平面波を仮定する理論 149 |
| 9.3.1 干渉じまの記録 149 |
| 9.3.2 干渉じまによる回折 150 |
| 9.4 ホログラフィの原理の説明(II) 波面再生の理論 151 |
| 9.5 ホログラフィの種々の形式 154 |
| 9.5.1 干渉じまの次元による分類 154 |
| 9.5.2 干渉じまの記録方式による分類 156 |
| 9.5.3 記録時の波面による分類 157 |
| 9.6 厚い感光材料の中でのホログラムの形式 159 |
| 9.6.1 基本式 159 |
| 9.6.2 二次元ホログラムの場合 160 |
| 9.6.3 三次元ホログラムの場合 161 |
| 9.7 三次元ホログラムからの像再生 162 |
| 9.7.1 ブラッグ回折の条件 163 |
| 9.7.2 物体光,参照光,再生用照明光の関係 164 |
| 9.7.3 波長選択性と角度選択性の応用 165 |
| 9.8 ホログラフィの再生光効率 165 |
| 9.8.1 振幅形二次元回折格子の回折効率 166 |
| 9.8.2 位相形二次元回折格子の回折効率 167 |
| 9.8.3 三次元的な回折格子の回折効率 169 |
| 9.8.4 種々の回折格子の回折効率の実測値 169 |
| 9.9 ホログラフィにおける再生像の解像限界 170 |
| 9.10 ホログラフィの情報理論 172 |
| 9.10.1 概説 172 |
| 9.10.2 基礎的諸概念 173 |
| 9.10.3 ホログラムの情報量の計算 173 |
| 9.11 感光材料 179 |
| 演習問題 180 |
| 10.ホログラフィとコヒーレント光学の応用 |
| 10.1 種々の光メモリとその分類 181 |
| 10.2 ホログラムメモリ 182 |
| 10.2.1 ホログラムメモリの構成 183 |
| 10.2.2 ホログラムメモリの特徴 185 |
| 10.2.3 ホログラムメモリの記憶容量限界 186 |
| 10.3 刻印方式の光メモリ 191 |
| 10.3.1 刻印方式光メモリシステムの構成例 192 |
| 10.3.2 実際のシステムと種々の変形 193 |
| 10.4 コヒーレント光情報処理 194 |
| 10.4.1 概説 194 |
| 10.4.2 フーリエ変換を行うコヒーレント光学系 195 |
| 10.4.3 簡単なコヒーレント光フィルタ 196 |
| 10.4.4 ホログラフィックフィルタ 198 |
| 10.5 コヒーレント光計測技術 198 |
| 10.5.1 古典的な干渉計測技術 198 |
| 10.5.2 ホログラフィ計測技術の特徴と分類 200 |
| 10.5.3 単一露光法 200 |
| 10.5.4 二重露光法 202 |
| 10.5.5 時間平均法 203 |
| 10.5.6 等高線形成法 203 |
| 10.6 三次元画像技術としてのホログラフィ 204 |
| 10.6.1 概説 204 |
| 10.6.2 線状フィラメント光源によるイメージホログラフィ 205 |
| 10.6.3 全周形マルチプレックスホログラフィ 206 |
| 演習問題 207 |
| 演習問題略解 208 |
| 索引 215 |
