2020年度 オプトエレクトロニクス   Optoelectronics

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開講元
電気電子コース
担当教員名
宮本 智之 
授業形態
講義
メディア利用
Zoom
曜日・時限(講義室)
月1-2(Zoom)  木1-2(Zoom)  
クラス
-
科目コード
EEE.D461
単位数
2
開講年度
2020年度
開講クォーター
3Q
シラバス更新日
2020年9月18日
講義資料更新日
-
使用言語
日本語
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講義の概要とねらい

 本講義は,様々な光応用システムの理解に役立つ,レーザやLEDなどの光デバイスを扱う.
 本講義のねらいは,半導体発光デバイス,および受光デバイスや光変調器などの光機能デバイスの,原理,特性,特徴を学ぶことである.発光デバイスを中心に,デバイスの種類,発光の原理,発光デバイスにおける光伝搬,レーザ発振条件,光出力・温度特性・効率などの静特性,信号変調に関わる動特性,光デバイスの材料や製作法などについて詳細を学ぶとともに,関連する光デバイスや応用システムの先端動向を学ぶ.
 本講義において,学士課程における半導体の光・電磁物性や光エレクトロニクスなどの講義で扱われる光デバイス技術の詳細と実践的な知識を学ぶ.

到達目標

 本講義を履修することによって次の能力を修得する.
1)光デバイスの動作原理を説明できる.
2)光デバイスの静的・動的特性を説明できる.
3)光デバイスの基本的設計ができる.
4)光デバイスの材料の特徴と製作法を説明できる.
5)先端的な光デバイスの特徴と応用を説明できる.

実務経験のある教員等による授業科目等

該当する 実務経験と講義内容との関連(又は実践的教育内容)
研究者として,講師は半導体フォトニックデバイスの設計,製作,特性評価,および新しいアプリケーションの創成の経験があります.

キーワード

フォトニクス,光エレクトロニクス,光デバイス,発光デバイス,半導体レーザ,LED

学生が身につける力(ディグリー・ポリシー)

専門力 教養力 コミュニケーション力 展開力(探究力又は設定力) 展開力(実践力又は解決力)
光デバイスの研究開発や光デバイスを利用した応用システムの研究開発を可能とする専門力,展開力を身に付けられます.

授業の進め方

授業の前に,課題欄の項目について予習しておくことが必要です.
復習を兼ねて,演習問題に取り組んでもらいます.

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 光エレクトロニクスとは 光の波長,周波数,エネルギーの確認.フォトニクス(光エレクトロニクス)の応用事例の調査.
第2回 光伝搬の基礎と導波路 光伝搬,反射,屈折,光導波路の基本的原理と解析法の理解.
第3回 光の損失・ビーム出射・集光・結合 ホイヘンスの原理,ガウス関数の理解.
第4回 発光デバイスの種類 発光デバイスの種類とその動作の特徴,利用範囲の相違の調査.
第5回 半導体発光デバイスの基礎特性 光源の素子サイズ,しきい値電流,動作電流と光出の事例調査.
第6回 半導体発光デバイスの効率と温度特性 光デバイスの利用可能温度範囲とその制限理由の調査.
第7回 半導体発光デバイスの発光原理 双極子による電磁波放射と結晶中の電子状態の基礎の理解.
第8回 第7回までの内容の演習形式による理解度確認 第1回から第7回までの理解度確認と到達度自己評価.
第9回 発光デバイスの半導体材料と製作技術 半導体の種類と光デバイスで用いられている半導体の調査.
第10回 半導体発光デバイスの動特性 キャリア再結合の原理とキャリア寿命の確認.
第11回 面発光レーザと微小レーザ レーザのデバイスサイズ微小化が特性に与える影響の調査.反射鏡と反射率の調査.
第12回 単一モードレーザとレーザの雑音 光利得と共振器損失の波長依存性の発生原理の調査.
第13回 光機能デバイス 発光以外に要求される動的機能の調査.
第14回 光デバイスと応用システムの先端動向 新規な光応用と必要な光デバイスの特徴の調査.

授業時間外学修(予習・復習等)

学修効果を上げるため,教科書や配布資料等の該当箇所を参照し,「毎授業」授業内容に関する予習と復習(課題含む)をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

指定なし
教員の作成した資料を基に講義を行う.

参考書、講義資料等

講義資料は事前にOCW-iにアップロードする.
参考書:末松安晴,伊賀健一共著『光ファイバ通信入門』オーム社,ISBN:978-4274220944,2017年.

成績評価の基準及び方法

光デバイスの原理・特性・特徴の理解度を評価する.
配点は,講義前半内容に関する演習形式による理解度評価および期末試験(70%),毎回の演習(30%).

関連する科目

  • EEE.D531 : 光と物質基礎論Ⅱa
  • EEE.D532 : 光と物質基礎論Ⅱb
  • EEE.D533 : 光と物質基礎論Ⅱc
  • EEE.D431 : 光と物質基礎論Ⅰ
  • EEE.S461 : 光通信システム
  • EEE.D331 : 半導体の光・電磁物性
  • EEE.D361 : 光デバイス
  • EEE.S361 : 光エレクトロニクス
  • EEE.D211 : 半導体物性
  • EEE.D201 : 量子力学

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

学士課程の量子力学(EEE D201),半導体物性(EEE D211),電磁気学関連(EEE E201,EEE E202,EEE E211)の講義に相当する基本知識を身につけていること.
学士課程の半導体の光・電磁物性(EEE D331),光デバイス(EEE D361),光エレクトロニクス(EEE S361)の講義に相当する知識を身につけていることが望ましい.

連絡先(メール、電話番号)    ※”[at]”を”@”(半角)に変換してください。

宮本智之,tmiyamot[at]pi.titech.ac.jp, 045-924-5059

オフィスアワー

メールで事前予約すること.

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