光と波動　回折干渉からレーザービームの伝播まで

光は古くから人々の興味の対象となっており、紀元前には既に光の直進性や反射・屈折が認識されていました。16世紀に入ると、光の研究は力学とならんで飛躍的発展をとげ、20世紀初頭までに光を波として扱う光学がほぼ完成されました。ヤングの干渉実験は光が波の性質をもつことを示した重要な実験であり、光がマクスウェル方程式に従う電磁波であることも示されました。ところが、光電効果のように波では説明できない現象が発見されたことで、光は波と粒子の両方の性質を併せ持つことが明らかとなり、量子光学が生まれました。レーザーは量子光学の最大の成果ともいえるものであり、私たちの日常生活において不可欠なものとなっています。
　本書では、光の波としての性質を幅広くカバーできるように、各章の内容のまとめと30の例題、発展問題を配置しています。マクスウェル方程式に基づく伝播、干渉、回折といった基礎的事項に始まり、レンズ、光線光学などの実際の光学系の設計に役立つ事項を取り上げています。特に、レーザー光が伝播する状態であるガウシアンビームについて詳しく紹介をしています。また、複雑な光学素子の組合せの計算を可能とする、行列を用いた計算方法も紹介しています。これらは、解析的な計算結果を得ることは難しい手法ですが、計算機により数値的な結果を得るための基礎となるものです。さらに、光パルスの時間的特性の取り扱いも示しました。

目次

1 光波の伝播
　例題1【平面波の3次元的伝播】
　例題2【ガウシアンビーム】
　例題3【電磁波としての光波】

2 偏光
　例題4【偏光特性の測定】
　例題5【屈折率の異方性】
　例題6【マリュス(Malus)の法則】
　例題7【クロスニコル】

3 反射と屈折
　例題8【境界面におけるp偏光の連続性】
　例題9【垂直入射の反射率】
　例題10【全反射】

4 干渉
　例題11【ヤング(Young)の干渉実験】
　例題12【ニュートン(Newton)リング】
　例題13【多光波の干渉】
　例題14【特性行列】

5 回折
　例題15【長方形スリットによる回折】
　例題16【円形開口による回折】
　例題17【周期的繰り返し（回折格子）】
　例題18【フレネル(Fresnel)近似】

6 レンズと収差
　例題19【薄い球面レンズ】
　例題20【平凸レンズの収差】

7 幾何光学による結像
　例題21【凸レンズによる実像】
　例題22【レンズの組み合わせ（望遠鏡）】
　例題23【顕微鏡】

8 光線光学
　例題24【薄いレンズ】
　例題25【共振器の安定性】
　例題26【ガウシアンビームへの応用】

9 ホログラフィー
　例題27【直接像の再生位置】
　例題28【ゾーンプレート】

10 光パルス
　例題29【光パルスの時間幅】
　例題30【位相速度と群速度】

A ガウシアンビームの導出
B 参考文献
C 発展問題の解答
D 科学基礎定数
索　　引

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