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科目名
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電子デバイス・フォトニクス工学
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担当教員
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河合 晃,佐々木 友之
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クラス
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００
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開講学期
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1学期
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開講時期
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1学期
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授業形態
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講義
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単位数
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2
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準備事項
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備考
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教員室または連絡先
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河合：電気１号棟404室（内線9512）
佐々木：電気1号棟604室（内線9530）
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授業目的および達成目標
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〈授業目的〉
・近代科学の基礎となる量子論に基づき、電子の振る舞いを中心とする電子物性の基礎、および固体の電子物性（金属、半導体、誘電体、磁性体）の理解に必要な基礎的事項について、電子、原子、分子、結晶などの観点から習得する。
・光と物質の相互作用に関する基礎的事項について学ぶとともに、フォトニクスの根幹をなすデバイスであるレーザーの動作原理について学習する。また、電磁波としての光の性質について学習する。さらに、光通信システムを構成する主要なデバイスについて学ぶ。
本講義における具体的な教育目標および達成目標は次の点である。
〈学習・教育目標〉
（C）電気電子情報工学分野の技術者として必要な専門知識を修得している
（C-1）「電気エネルギーシステム・制御工学」「電子デバイス・フォトニクス工学」「情報通信制御システム工学」のすべての分野の技術者が備えているべき、基本的専門知識を修得している
〈達成目標〉
・量子論の発展の歴史を学ぶ。量子化、離散化状態を理解する。
・シュレディンガー方程式を理解し、固体のエネルギーバンド構造を理解する。
・原子構造を理解し、化学結合および結晶構造を理解する。
・金属、半導体、誘電体、磁性体の基本的性質を理解する。
・レーザーの動作原理及びレーザー光の特徴を理解する。
・偏光、屈折、反射などの光波の基本的性質を理解する。
・光通信システムを構成する主要なデバイスの動作原理を理解する。
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授業キーワード
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量子力学、電子物性、シュレディンガー方程式、原子構造、結晶構造、金属、半導体 、誘電体、磁性体、光子、自然放出、誘導放出、誘導吸収、レーザー、フォトダイオード、マクスウェルの方程式、偏光、屈折、反射、吸収、波長分散、光ファイバ、光増幅器、光変調器
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授業内容および授業方法
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（前半）最初に、電子物性の基礎となる量子論について概説する。特に、量子論の発展の歴史について述べる。次に、原子構造、結晶構造、エネルギーバンド構造について講義する。そして、金属、半導体、誘電体、磁性体等の物質の諸性質における電子の振る舞いと役割について講義する。講義では配布テキストを使用する。与えられた演習問題を解くことにより、理解を深める。
（後半）光と物質の相互作用に関する基本事項について説明した後、レーザー発振の原理とレーザー光の特徴を概説する。また、電磁波としての光の性質をマクスウェルの方程式に基づき記述する。続いて、光通信システムを構成する主要なデバイスである、光ファイバ、光増幅器、光変調器について、その構造や動作原理を説明する。講義は配布テキストに沿って進め、適宜、演習問題を課す。
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授業項目
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（前半）
第１週 量子論の形成とシュレディンガー方程式
第２週 電子配置と周期表
第３週 結晶構造と格子比熱
第４週 固体のエネルギー帯理論とキャリア伝導
第５週 金属・半導体の基礎物性
第６週 誘電体の基礎物性
第７週 磁性体の基礎物性
第８週 前半試験
（後半）
第９週 光子（光子の吸収、放出、散乱）
第１０週 レーザーの基礎（発振原理、レーザー光の特徴）
第１１週 受光素子
第１２週 光波の基本的性質１（マクスウェルの方程式、平面波、偏光）
第１３週 光波の基本的性質２（屈折、反射、吸収、屈折率の波長分散）
第１４週 光通信の基礎１（光ファイバ）
第１５週 光通信の基礎２（光増幅器、光変調器）
第１６週 後半試験
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教科書
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（前半）配布テキストを使用する
（後半）配布テキストを使用する
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参考書
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（前半）
「電子物性基礎」電気学会大学講座（電気学会）
「固体物理学入門」キッテル著（丸善）
「電子物性工学」電子通信学会編 青木昌治 著（コロナ社）
「電子物性」松澤剛雄 他著（森北出版）
（後半）
「フォトニクス基礎」伊藤弘昌 編著（朝倉書店）
「フォトニクス」末松安晴、小林功郎 著（オーム社）
「光エレクトロニクス入門」左貝潤一 著（森北出版）
「光エレクトロニクス」神保孝志 編著（オーム社）
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成績の評価方法と評価項目
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成績は、前半試験（５０％）、後半試験（５０％）として、その合計で評価する。但し、単位合格には、前半および後半試験のそれぞれで６割以上の成績が必要である。前半および後半試験のそれぞれが６割に満たない者には、別途試験を課すことがある。不合格となった場合は、次年度に再び本講義全体を履修する必要がある。また、出席率の低い学生、および、与えられた課題に取り組まない学生は単位が認められない。本講義で学習する内容は電子デバイス・フォトニクス工学の基本であるが、広範囲にわたっており、授業時間だけでは講義の内容を理解し、その理解を定着させることはできない。そのため、講義に合わせた予習復習が必要である。
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留意事項
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本講義を履修するものは、「上級電気磁気学」も履修することが望ましい。この学習は「電子物性工学Ａ」、「電子物性工学Ｂ」、「フォトニクス工学Ⅰ」、「フォトニクス工学Ⅱ」、「光物性工学」に発展深化する。
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参照ホームページ名
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（前半）ナノ・マイクロシステム工学研究室http://kawai.nagaokaut.ac.jp
（後半）電磁波制御デバイス研究室http://hertz.nagaokaut.ac.jp
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参照ホームページアドレス
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