2025年度 (最新) 学院等開講科目工学院電気電子系電気電子コース

オプトエレクトロニクス

開講元: 電気電子コース
担当教員: 宮本智之
授業形態: 講義
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室)
クラス: -
科目コード: EEE.D461
単位数: 200
開講時期: 2025年度
開講クォーター: 3Q
シラバス更新日: 2025年3月19日
使用言語: 日本語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

本講義は，光を利用したシステムの構築や理解に役立つ半導体光源デバイスと光の伝搬について扱う．
　本講義のねらいは，小型の発光デバイスおよび受光デバイス，また，光変調器などの光機能デバイスの特徴・原理・特性を学ぶことである．半導体発光デバイスを中心に，デバイスの種類，発光の原理，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光伝搬を学び，また，光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）先端的な光応用システムの事例を説明できる．

実務経験のある教員等による授業科目等

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，光伝搬，光導波路

学生が身につける力

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)
最先端光デバイスの研究開発や光デバイスを利用した光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．光エレクトロニクス（フォトニクス）の応用例の調査．
第2回	光伝搬と光導波路の基礎	光伝搬，反射，屈折の原理と解析手順の理解
第3回	光導波路の解析と設計の基礎	光導波路の基本的原理と解析法の理解．
第4回	光導波路の詳細と3次元導波路	2次元・3次元導波路の構造の把握と光伝搬の各種解析法の調査．
第5回	光の損失，光導波路の結合	導波路における損失の種類の理解．屈折率構造が複雑化した場合の光伝搬のふるまいの理解
第6回	光ビームの出射と集光	ホイヘンスの原理，ガウス関数の理解．
第7回	半導体発光デバイスの基礎，解析と設計	光源のデバイスサイズ，動作電流と光出力の事例調査．
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	半導体発光デバイスの波長，効率，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	⾯発光レーザとその応用	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	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13回	光機能デバイス	光応用システムにおいて発光以外に要求される動的機能の調査．
第14回	光デバイスを利用する光応用システムの先端動向	新規な光応用システムと必要な光デバイスの特徴の調査．

準備学修(事前学修・復習)等についての指示

学修効果を上げるため，配布資料や参考図書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T2SCHOLAにアップロードする．
なお，参考書として以下を利用すると理解の助けになる．
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．

成績評価の方法及び基準

光デバイスと関連技術の原理・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レポート（60％），また，毎回の宿題演習（40％）．
なお，演習やレポートでは，理論に基づく数式の構築と，これを数値計算手法に基づき解析した結果のグラフ作成などを重点的に行う．

履修の条件・注意事項

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．