物理学実験III テキスト
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物理学実験実験IIIテキスト_20211003.pdf
担当履歴
東北大学
| 年度 |
前期 |
後期 |
| 2003(H15) |
|
物理学実験（１年）、物理学基礎実験（３年） |
| 2004(H16) |
物理学I(力学、１年) |
物理学II(振動、波動、１年)、基礎物理学研究（３年） |
| 2005(H17) |
原子分子物理学（４年）、自然科学総合実験（１年） |
基礎物理学研究（３年） |
| 2006(H18) |
原子分子物理学（４年）、自然科学総合実験（１年） |
基礎物理学研究（３年） |
| 2007(H19) |
原子分子物理学（４年）、自然科学総合実験（１年） |
基礎物理学研究（３年） |
| 2008(H20) |
原子分子物理学（４年）、光物性学特論（大学院） |
基礎物理学研究（３年） |
| 2009(H21) |
原子分子物理学（４年）、自然科学総合実験（１年） |
基礎物理学研究（３年） |
| 2010(H22) |
原子分子物理学（４年）、光物性学特論（大学院） |
基礎物理学研究（３年） |
| 2011(H23) |
原子分子物理学（４年） |
物理光学（３年） |
| 2012(H24) |
原子分子物理学（４年） |
物理光学（３年）、光物性学特論（大学院） |
| 2013(H25) |
原子分子物理学（４年） |
物理光学（３年） |
| 2014(H26) |
原子分子物理学（４年） |
物理光学（３年）、光物性学特論（大学院） |
| 2015(H27) |
原子分子物理学（４年） |
物理光学（３年） |
| 2016(H28) |
原子分子物理学（４年） |
物理光学（３年）、光物性学特論（大学院） |
| 2017(H29) |
原子分子物理学（４年） |
物理光学（３年） |
| 2018(H30) |
原子分子物理学（４年） |
物理光学（３年）、光物性学特論（大学院） |
| 2019(H31/R1) |
原子分子物理学（４年） |
物理光学（３年） |
| 2020(R2) |
原子分子物理学（４年） |
物理光学（３年）、光物性学特論（大学院） |
| 2021(R3) |
原子分子物理学（４年） |
物理光学（３年） |
他大学非常勤講師
| 年度 |
講義場所 |
題目 |
| 2005(H17) |
名古屋大学工学研究科応用物理学専攻 |
「フェムト秒分光の基礎と応用」 |
| 2007(H19) |
東京工業大学理工学研究科物質科学専攻 |
「フェムト秒分光の基礎と応用」 |
| 2011(H23) |
北海道大学理学部 |
「超高速分光の基礎と応用」 |
| 2012(H24) |
東京大学本郷キャンパス |
2012年度分子科学若手の会夏の学校
「時間分解赤外・テラヘルツ分光で捉える強相関電子系の超高速ダイナミクス」 など |
| 2015(H27) |
岡山大学大学院自然科学研究科（理） |
物理学科特別講義Ⅳ
「単一サイクル赤外パルスで拓く強相関有機金属の瞬時強電場効果」 |
| 2017(H29) |
レンヌ第一大物理学科 |
集中講義
「Ultrafast optical spectroscopy of Photoinduced phase transition」 |
| 2019(R1) |
熊本大学大学院理学研究科 |
理学特別講義A2 7月10日～7月12日
「極短パルスレーザーで見る・操る光と物質の相互作用」 |
|
千葉大学理学部物理学科 |
物性物理学特別講義 9月17日～9月20日
「極短パルスレーザーで見る・操る光と物質の相互作用」 |
|
東京大学大学院理学研究科 |
Advanced Physical Chemistry I（化学専攻） 10月18日 |
|
大阪大学大学院理学研究科 |
特別講義CII（物理学専攻） 12月16日～12月18日
「極短パルスレーザーで見る・操る光と物質の相互作用」 |
講義概要
物理光学（３年後期）
| 1. はじめに |
光ってなに？ |
資料1 |
| 2. 波の性質と記述法 |
波の伝播、うなりとフーリエ展開、群速度と位相速度
マクスウェル方程式と波動方程式、偏光、ジョーンズ行列 |
資料1
資料2 |
| 3. 干渉 |
波面分割と振幅分割、薄膜の干渉（二光束干渉）
マイケルソン干渉計、ファブリーペロー干渉計、多層膜と特性行列 |
資料1
資料2 |
| 4. 回折 |
フレネルの理論と回折積分
フラウンフォーファー回折、光の結像と回折限界、回折格子 |
資料1 |
| 5. 反射と屈折 |
屈折の法則、スネルの法則、ブリュースター角
全反射（エバネッセント波） |
資料1 |
| 6. 物質中の光の伝搬 |
電気双極子放射とレーリー散乱、誘電関数と光学定数
縦波と横波、ポラリトン、クラマースクローニッヒの関係 |
資料1
資料2 |
| 7. 物質の色と電子的性質 |
絶縁体（誘電体）と金属の光応答、発光ダイオード |
資料1 |
| 8. レーザーとレーザー分光 |
反転分布と誘導放出、共振器構造における発振現象 |
資料1
資料2 |
原子分子物理学（４年前期）
- 0 導入：なぜ量子論が必要なのか？
- 1-1 原子の構造
- 光電効果、光の波動性と粒子性、物質波、Zeeman効果
- 水素放電管、水素原子の構造
- 光学遷移（時間に依存する摂動論）と選択則、電気双極子遷移
- 多電子原子（Slater行列式、Hatree-Fock近似、Pauli原理、Hund則、スピン－軌道相互作用）
- 1-2 分子の構造と光スペクトル
- Born-Oppenheimer近似
- 原子価結合法（昇位、混成）
- 分子軌道法（LCAOとSCF-MO、Huckel近似、結合軌道と半結合軌道、ベンゼンの電子状態、一次元固体とHOMO- LUMOギャップ）
- 1-3 低次元固体の電子状態
- 自由電子近似とブロッホ状態
- 強束縛近似と分子軌道法
- 金属と絶縁体の電子状態
- 色々な絶縁体；電子－格子相互作用と電子相関（Peierls転移とモット絶縁体）
- 2-1 分光実験の実際とその原理
- 光源と測定方法（放電管、レーザー、分散型分光とフーリエ変換型、時間領域分光）
- 電子スペクトルに対する原子の寄与（フランクコンドン原理、電子遷移、振動遷移）
- 可視光域に存在する代表的な光学遷移；結晶場分裂とd-d遷移、イオン結晶と電荷移動遷移、有機物質と結合-反結合軌道遷移
- 励起状態の緩和と発光、 レーザー（反転分布と誘導放出、共振器と縦モード、パルスレーザー）
- 2-2 光と物質（固体）の相互作用の基礎
- 誘電関数と光学定数
- 縦波とポラリトン
- 線形応答理論とクラマース・クローニッヒの関係
- 2-3 非線形光学と超高速分光への導入
- 非線形光学効果と波長変換
- 極短パルスレーザーと超高速現象
光物性学特論（大学院）
- 1) 物質の色と「光と物質の相互作用」；線形分光の復習（1～2回）
- 1-1 誘電関数と光学定数
- 1-2 絶縁体と金属
- 1-3 磁気光学
- 2) 非線形光学と波長変換（～2回）
- 2-1 非線形感受率と空間反転対称性
- 2-2 第二高調波発生、光パラメトリック増幅
- 2-3 位相整合と複屈折
- 2-4 密度行列とダブルファインマンダイアグラムによる記述
- 3）極短パルスレーザーと超高速分光（～3回）
- 3-1 超短パルス光の基本的性質；スペクトル形状とパルスの時間プロファイル
- 3-2 短パルス発生と伝播；モードロック、パラメトリック増幅、自己位相変調、キャリア－エンベロープ位相
- 3-3 超高速分光の実際
・いろいろな時間分解測定法; ポンププローブ過渡反射/吸収分光、テラヘルツ時間領域分光、コヒーレント分光.....）
・半導体超格子、イオン結晶、金属におけるキャリアダイナミクスと電子－格子相互作用
- 4）強相関電子系、超伝導体における超高速現象、光強電場効果（2～3回）
- 4-1 強相関電子系の光誘起相転移
- 4-2 光強電場効果、高次高調波発生
集中講義「極短パルス光で見る、操る光と物質の相互作用」
- 1）物質の色（線形光学）
- a）双極子放射、マックスウェル方程式、光学定数
- b）固体の電子状態：分子軌道法と強束縛近似
- 2）非線形光学と波長変換
- a）非線形分極テンソル
- b）波長変換と位相整合
- c）複屈折
- d）非線形光学の古典描像
- e）密度行列とダブルファインマンダイアグラム
- 3）フェムト秒パルスの発生と超高速分光
- a）位相シフト、群速度、群速度分散
- b）超短パルスの発生法: モードロック、パラメトリック増幅、自己位相変調
- c）キャリアエンベロープ位相
- d）超短パルス光を用いた物性測定
- e）様々な物質における超高速分光
- 4）光誘起相転移と光強電場効果
- a）光誘起相転移の超高速分光
- b）光強電場効果とアト秒電子ダイナミクス
集中講義「超高速分光の基礎と応用」
- 0.超高速の世界を覗く ～なにがみえるのか？
- 光と物質の相互作用
- 色と電子の運動；なぜ物質の色は異なるのか
- 誘電関数とローレンツモデル
- 光、今と昔
- 超短パルスレーザー
- 超短パルスレーザーと物質科学
- 時間分解と周波数分解 古典論と量子論
- なぜ速いことはいいことなのか？ 超高速現象の応用
- 1.なぜ光パルスなのか？
- ベースバンドパルス
- 光パルス（キャリアとエンベロープ）
- 2.光パルスの発生と取り扱い
（復習） レーザーの原理と仕組み
- フェムト秒パルスをつくる： モードロック
- 分散媒質と位相シフト
- 位相シフトの展開係数としての群遅延時間と群速度分散
- 実際の分散媒質（ガラス、非線形結晶）によるパルスの位相変調
- 非線形光学効果による波長変換
- 第二高調波発生
- パラメトリック増幅
- 自己位相変調
- 広帯域パラメトリック増幅
- パルス圧縮 （プリズム対、回折格子対、形状可変鏡）
- パルス計測 （自己相関とFROG）
- 3.超高速現象の測定技術
- 発光分光
- 過渡透過（反射）分光
- 時間分解ラマン分光
- テラヘルツ時間領域分光
(・その他（XRD, 光電子分光）)
- 4.光誘起相転移の超高速ダイナミクス
- 光誘起相転移ってなに？；マンガン酸化物とスピンクロスオーバー錯体
- フェムト秒分光によるアプローチの始まり；中性ーイオン性転移
- 光で電荷のギャップをつぶす；光モット転移
- 有機物質の金属化
- 光誘起相転移のはじめの瞬間が見たい！
