偏光・複屈折・光回折の基礎およびデバイス応用

液晶表示・高密度光記録・大容量光通信などの光エレクトロニクス分野の高度化のみならず、生体観察、LiDAR、製品検査、遠隔技術のためのセンシングなどの新規分野の進展に伴い、複屈折・偏光制御・偏光計測などの重要性が増している。光の持つ諸現象のうち、屈折、反射、回折、などはいろいろな優れた教科書などが多数あるが、「偏光」については、まとまった教科書も少なく、光学の中でももっともわかりにくい分野であると考えている方も少なくないと思われる。このような状況で、偏光の概念そのものはかなり伝統的な分野であるにもかかわらず、実際の工学においてうまく使いこなされているとは言えない状況にある。 　本講義は、講師が執筆した偏光伝搬解析に関する教科書 (偏光伝搬解析の基礎と応用 (内田老鶴圃) ) に基づき、光波伝搬の基礎について解説した後、「偏光干渉」、「偏光回折」を取り上げ、複屈折媒体中の伝搬について習得する。偏光の伝搬の応用例としての液晶デバイス、光回折の応用例としての回折格子デバイス、さらに偏光と回折の機能複合の応用例としての偏光回折格子デバイスの実際を紹介し、先端のアプリケーション展開に発展させる。受講後の自習が可能なように講座で使用した全図面について配布する。

1. 偏光伝搬の基礎
   1. Maxwell方程式と波動方程式
   2. 偏光表記とStokesパラメータ
   3. ポアンカレ球
2. 異方性媒体中の光波伝搬
   1. 誘電率テンソル
   2. 複屈折媒体中の電磁界ベクトル
   3. 屈折率楕円体と一軸異方性媒体中の光波伝搬
   4. 構造性複屈折
   5. 代表的偏光子・位相子の動作原理
3. Matrix光学による偏光解析
   1. Jonesマトリックス
   2. 複屈折偏光子のJones法による解析
   3. 複数の位相子・偏光子の組合せとJones解析
   4. 液晶の複屈折とJones法による解析
   5. 4×4行列法
   6. Muller行列
4. 偏光干渉
   1. 光波の干渉とコヒーレンス
   2. 2光波干渉
   3. 偏光干渉
5. 回折の基礎と偏光回折
   1. ホイヘンスの原理と回折理論
   2. Fresnelの回折理論
   3. フレネルレンズ
   4. Fraunhoferの回折理論
   5. 種々の薄い回折格子の回折特性
   6. 光学異方性を有する回折格子理論
   7. 厚い回折格子の回折特性
   8. 時間領域差分法 (FDTD) の概要と異方性媒体への展開
6. 偏光回折素子形成とその応用
   1. 偏光記録媒体の理論的取り扱い
   2. 偏光回折素子の形成と基本特性
   3. 偏光回折素子の応用展開例
      1. 偏光イメージング
      2. 偏光ビームステアリング
      3. 偏光センシング
      4. 偏光空中映像
      5. 偏光渦多重モード通信
7. 付録 (時間が許せば)
   • 液晶フォトリフラクティブ効果
• 質疑応答