光学基礎

システム工学群専門基礎講義　2013/04-­‐2013/06

高知工科大学  システム工学群2年1Q  

専門基礎科目  

小林弘和／野中弘二  

1年科目から移動　少人数教育  

6月3日本テスト  

講義内容

1. 光の性質：光波、光線、光子　  　　進む向き（屈折／反射）、エネルギー、パワー  

2.  幾何光学(光線光学）：  　光波の進む向きをベクトルと行列で簡単に扱う  

3.  波動光学：  　波として取り扱う現象  　　（回折、波束、反射率、干渉、偏光）  

　プリズムで屈折する光の進み方　　  

頂角αの鋭角プリズム(屈折率n)に入射した光はどんな角度で出てくる？  斜め入射はスネルの法則、出射時はαだけ傾いた面でもう一度スネルの法則  

偏角：プリズムへの入射光と出射光の光線の成す角度  最小偏角：プリズムへの入射角θ1を変化に対する最小の偏角  

　プリズムで屈折する光の進み方　　  

頂角αの鋭角プリズム(屈折率n)に入射した光はどんな角度で出てくる？  斜め入射はスネルの法則、出射時はαだけ傾いた面でもう一度スネルの法則  

偏角：プリズムへの入射光と出射光の光線の成す角度  最小偏角：プリズムへの入射角θ1を変化に対する最小の偏角  

位置毎に異なる頂角α(x)のプリズム光の進み方　　  

偏向ビームが光軸を  横切る距離  

焦点距離 f （曲率半径Rと屈折率nに関係）  

（sLが十分に薄い場合）  

位置毎に異なる頂角α(x)のプリズム光の進み方　　  

（sLが十分に薄い場合）  

偏向ビームが光軸を  横切る距離  

焦点距離 f （曲率半径Rと屈折率nに関係）  

講義内容

1. 光の性質：光波、光線、光子　  　　進む向き（屈折／反射）、エネルギー、パワー  

2.  幾何光学(光線光学）：  　光波の進む向きをベクトルと行列で簡単に扱う  

3.  波動光学：  　波として取り扱う現象  　　（回折、波束、反射率、干渉、偏光）  

　基底ベクトル：光線の進み方を表すベクトル　　  

　基底ベクトル：光線の進み方を表すベクトル　　  

入射側の光線：

出射側の光線：

作用行列：光線の変化を表す行列M　　  

入射光 出射光 作用行列M

（近軸光線に対する）境界面の作用を表す行列表示　　  

Rは正 Rは負

曲率半径R

Rは正 Rは負

曲率半径R

例題：屈折率 n ・長さ L の媒質のシステム行列 M

レンズによる作用全体の「システム行列」　　  

　物点から出た光が再び集まる場所：結像点  　→フェルマの原理によれば物点から像点までの  　 光路長同じ（システム行列による波面の変換）　  

出射 入射 転送 システム行列

波面の変換

様々な種類のレンズ　　  

システム行列を考えてみよう！  

例題：レンズで屈折する光の進み方  

厚みsL(=2.0cm)、屈折率n(=2.0)、曲率半径R(=20cm)の両凸レンズ  

　①　システム行列  　②　中心から2cmずれたところに光軸に平行に入った光の  　 出点の位置ズレ  　③　平行ビームの偏角δ  　④　レンズの焦点の位置 f  

例題：レンズで屈折する光の進み方  

曲率半径R(=-­‐20cm)の凹面鏡  

　①　システム行列  　②　中心から2cmずれたところに光軸に平行に入った光の偏角δ  　③　凹面鏡の焦点の位置 f