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導波光学

書籍情報
ISBN978-4-320-08616-6
判型A5 
ページ数328ページ
発行年月2004年02月
価格4,730円(税込)
導波光学 書影
導波光学

"導波光学"は,光ファイバのような光導波路や,各種の光回路素子の設計原理の基礎となる重要な技術である。これらは必ずしも光通信の要素技術だけにとどまらない。光導波路や光波回路は,光を空中のような自由空間ではなく,光ファイバのような導波構造に閉じ込めて光を意のままに操れるようにするのが最大の特徴で,広い意味での光学系の応用である。したがって,このような特徴を生かせる分野に応用可能であり,たとえば,光ファイバセンサなどの光計測,各種タイプ半導体レーザの基本構造,ファイバ形光デバイス,光通信とは直接結びつかない光波回路や光システムなどに使われている。光の閉じ込め現象を体系的に扱い,各種光回路素子や光システムの設計に生かすことが,"導波光学"の目的である。"導波光学"の類書は技術者・専門家向けにまとめてあり,本書のような学部(上級)・大学院生などにも理解しやすいテキスト・入門書がまだない状況である。光学応用の電気電子産業においても,光工学出身がすくないこともあり,こういった分野の技術者にも十分に独習可能である。

目次

1章 光導波構造の概論
1.1 光がなぜ屈折率の高い部分に集中するのか
1.2 光導波構造の種類
1.3 光の導波原理
1.4 光の導波構造での物理的特徴
1.5 光回路素子の導波路化による利点
1.6 周期構造による新しい導波原理
1.7 導波構造の各種応用
演習問題

2章 導波光学での基礎事項
2.1 マクスウェル方程式と構成方程式
2.2 1次元波動
2.3 3次元波動方程式
2.4 境界条件
2.5 電磁界に関する諸概念
2.6 対称性と電磁界分布の関係
演習問題

3章 三層対称スラブ導波路
3.1 スラブ導波路の基礎
3.2 三層対称スラブ導波路におけるTEモードの基本特性
3.3 三層対称スラブ導波路におけるTMモードの基本特性
3.4 導波モードと放射モード
3.5 三層対称スラブ導波路における諸特性
3.6 光線理論と波動論との対応
演習問題

4章 三層スラブ導波路の解析的解法への拡張
4.1 三層非対称スラブ導波路
4.2 方形導波路
4.3 等価屈折率法
演習問題

5章 光ファイバの基礎方程式
5.1 円筒座標系での電磁界の基本式
5.2 横方向電磁界と軸方向電磁界の相互関係
演習問題

6章 ステップ形光ファイバ
6.1 電磁界分布と固有値方程式
6.2 導波モードと放射モード
6.3 ステップ形光ファイバでの導波モード
6.4 弱導波近似
6.5 光線理論と波動論との対応
6.6 分散特性
6.7 ステップ形光ファイバの応用
演習問題

7章 グレーデッド形光ファイバ
7.1 グレーデッド形光ファイバの概要
7.2 グレーデッド形光ファイバでの光線伝搬
7.3 2乗分布形多モード光ファイバの諸特性:光線理論
7.4 WKB法による固有値方程式の導出
7.5 2乗分布形に対する固有値方程式と諸特性:電磁波論
7.6 ベキ乗分布形光ファイバの特性
7.7 グレーデッド形光ファイバの応用
演習問題

8章 モード結合理論
8.1 モード結合の発生要因
8.2 現象論的モード結合方程式
8.3 モード結合に関する例題
8.4 モード結合の一般理論
演習問題

9章 平行光導波路
9.1 モード結合の物理的起源
9.2 平行光導波路での結合のパラメータ的扱い
9.3 結合系固有モードによる平行光導波路の解釈
9.4 一般理論による平行光導波路の基本特性解析
9.5 平行光導波路の応用
演習問題

10章 周期構造導波路
10.1 周期構造導波路における回折条件
10.2 屈折率変化による周期構造:平面波近似
10.3 方形波状周期構造導波路
10.4 分布帰還構造:周期構造でかつ利得があるとき
10.5 周期構造導波路の応用
演習問題

11章 電力結合方程式
11.1 電力結合方程式の概略
11.2 電力結合方程式の導出
11.3 電力結合に関する例題
演習問題

12章 曲がり導波路・光ファイバ
12.1 曲げ損失の物理的起源
12.2 等価直線導波路近似
12.3 曲がり光ファイバでの電磁界分布
12.4 一様曲げ損失
演習問題

13章 偏波光ファイバ
13.1 複屈折の物理的起源
13.2 偏波光ファイバの性能指数
13.3 各種偏波光ファイバの複屈折特性
13.4 消光比
13.5 複屈折の解析方法
13.6 熱応力解析
13.7 偏波光ファイバの応用
演習問題

14章 多層分割法
14.1 多層分割法の概要
14.2 多層分割法の基本式
14.3 多層分割法における電磁界分布の行列表示
14.4 多層分割法における固有値方程式
14.5 多層分割法による数値計算例
演習問題

15章 ビーム伝搬法
15.1 ビーム伝搬法の概要
15.2 有限差分ビーム伝搬法(FD-BPM)での波動方程式
15.3 FD-BPMの基本アルゴリズム:フレネル近似
15.4 FD-BPMにおける透明境界条件
15.5 FD-BPM解法の実際:フレネル近似
15.6 パデ近似演算子を用いた広角解析
演習問題

16章 有限差分時間領域(FDTD)法
16.1 FDTD法の概要
16.2 FDTD法での基本事項
16.3 FDTD法の基本アルゴリズム
16.4 FDTD法における吸収境界条件
16.5 FDTD法における諸条件
演習問題

付録
物理基礎定数
単位の換算
付録2.1 3次元波動方程式(2.20)の導出
付録4.1 方形導波路での伝搬定数の求め方
付録6.1 ベッセル関数に関する諸公式
付録7.1 2乗分布形における光線伝搬式(7.7),(7.8)の導出
付録7.2 2乗分布形に対する固有値方程式(7.47)の導出
付録9.1 平行光導波路における電界振幅の式(9.6)の導出
付録10.1 周期構造導波路における電界振幅に対する式(10.13)の導出

参考文献
演習問題略解
索引

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