Special Lectures in Physics XXX

Academic unit or major

Graduate major in Physics

Instructor(s)

Osamu Matsuda

Class Format

Lecture

Media-enhanced courses

-

Day of week/Period
(Classrooms)

Intensive

Class

-

Course Code

PHY.P570

Number of credits

100

Course offered

2020

Offered quarter

2Q

Syllabus updated

Jul 10, 2025

Language

Japanese

Syllabus

Course overview and goals

ピコ秒レーザー音響法の物理 --- GHz-THz音響波伝播を光で見る

物質にピコ秒からサブピコ秒時間幅の光パルスを照射すると、GHz-THz領域の音響波が発生する。この音響波の伝播を、光ポンププローブ分光法に基づいて過渡的光反射率変化として測定する手法はピコ秒レーザー音響法と呼ばれ、試料の弾性的性質や構造のみならず、励起電子の超高速緩和など様々な物理的性質を知ることができる。さらにこれに光照射位置の空間的走査機構を加えることで、表面音響波伝播の時間分解2次元イメージングを行うことも可能で、フォノニック結晶・フォノニックメタマテリアル(音響的性の質の異なる材料を組み合わせて作製した構造で音響波伝播特性を自在に制御できるとともに、自然界には存在しない負の実効密度、実効弾性率を持つ媒質なども実現できる)等の複雑な構造における音響分散関係など種々の特性を実験的に評価できる。

本講義では、ピコ秒レーザー音響法の手法と応用を概観すると共に、この測定結果を理解するための音響波伝播、光伝播・散乱、物質中の光励起音響波生成などの様々な物理的側面を議論する。実験手法そのものはどちらかといえば特殊であるが、そこに含まれる物理は普遍的なものであり、物性物理の基礎をなすものである。

Course description and aims

弾性体の音響波伝播および固体中の光伝播の物理の基礎を理解する。
次いで不均一な媒質による光散乱の一般的な扱いを理解する。
その応用としてのレーザー超音波法の原理と応用を理解する。

Keywords

弾性波、光伝播、光散乱、ピコ秒レーザー音響法

Competencies

• Specialist skills
• Intercultural skills
• Communication skills
• Critical thinking skills
• Practical and/or problem-solving skills

Class flow

教科書は使わず準備した資料を使用して講義を行う。
講義中に随時質問を受け付け、物理学的な理解を深める。

Course schedule/Objectives

Study advice (preparation and review)

Textbook(s)

教科書は用いない

Reference books, course materials, etc.

講義資料として準備したものを配布する。
それ以外の参考書としては

J. F. Nye, PHysical Properties of Crystals, Oxford University Press,
1957

B. A. Auld, Acoustic Fields and Waves in Solids, Krieger, 1990

砂川重信、理論電磁気学、紀伊國屋書店; 第3版 (1999)

Evaluation methods and criteria

出席とレポート課題によって評価する。

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• PHY.C441 ： Crystal Physics

Prerequisites

学部レベルの力学、電磁気学、数学(微積分、線形代数)、量子力学の知識を仮定する。