工学系のためのレーザー物理入門

三沢和彦/芦原 聡 著

工学系のためのレーザー物理入門

発行
2020/03/17
サイズ
A5
ページ数
256
ISBN
978-4-06-153281-6
本体
3600円(税別)
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内容紹介

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。レーザー光の性質や発生の原理、レーザーがかかわる現象についてコヒーレンスという概念から統一的に解説。非線形光学効果についても詳解。

目次

第1章 レーザー光の応用

1.1 計測への応用
1.1.1 距離計測
1.1.2 変位および屈折率の計測
1.1.3 物理量の基準
1.1.4 レーザー顕微鏡
1.2 加工への応用
1.2.1 レーザー加工
1.2.2 レーザー治療
1.3 情報通信分野での応用
1.3.1 光ファイバー通信
1.3.2 光記録
1.4 基礎科学のツールとしての応用
1.4.1 光ピンセット
1.4.2 レーザー冷却
1.4.3 超高速ダイナミクスの観測
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
1.6.1 時間コヒーレンスと単色性
1.6.2 空間コヒーレンスと指向性および集束性
1.6.3 周波数コヒーレンスと短パルス性
1.6.4 コヒーレンスとレーザー光の性質

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
2.2.1 ガウスビーム
2.2.2 波動方程式と近軸解
2.2.3 ガウスビームの伝搬
2.3 集束性
2.3.1 球面凸レンズによる集束
2.3.2 レンズによる集束の限界
2.3.3 ビーム品質
2.4 導波路
2.4.1 薄膜導波路
2.4.2 円筒型光ファイバー
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
付録 単色波と相互作用する2準位系の解--ラビ振動

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
付録A 電気分極の一般的な表現
付録A.1 線形感受率
付録A.2 非線形感受率
付録A.3 離散的な周波数成分からなる場合の表現
付録B 非線形感受率テンソルの対称性