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※学期中に内容が変更になることがあります。

2020年度

31620062

△量子電子工学特論
Advanced Lectures in Quantum Electronics
2単位/Unit 秋学期/Fall 京田辺/Kyotanabe 講義/Lecture

和田　元

＜概要/Course Content Summary＞

量子力学の一分野である固体量子力学は，半導体物性を理解する上で不可欠であるばかりでなく，新機能を有する電子素子を設計する上で有効な解析手法の基礎となる。量子電子工学の基礎が確立されることにより，電子のみを扱ってきた旧来の電子工学に加え，光子が情報伝達手段として利用されるようになるに伴い，量子電子工学はIT分野のコア技術として大きく発展している。本講義では電気工学，電子工学，量子力学がどのように量子電子工学に生かされているかについて概説し，素子からシステムを設計する際に必要となる基礎理論を解説する。フェルミの黄金律を用いた遷移率計算から始め，気体レーザーの基本原理を述べたうえで半導体レーザー発振の基本原理について述べる。量子構造素子の動作原理についても触れ，将来技術を展望する。また，現在の技術動向や，量子素子研究開発の実務についても紹介する．

＜到達目標/Goals,Aims＞

一見煩雑に見える式であっても，基礎理論から見れば数個の主要な要素を表す部分に分解され，そこから発生し易い現象，生じ難い状態などの予測を行えるようになることを目指す．大学院科目として「理論体系の構築」がどのようになされるのか，その過程についても理解する．

＜授業計画/Schedule＞

（実施回/ Week）	（内容/ Contents）	（授業時間外の学習/ Assignments）
（実施回/ Week）第1回	（内容/ Contents）概要と基礎量子力学，解析力学の復習	（授業時間外の学習/ Assignments）解析力学の演習問題復習
（実施回/ Week）第2回	（内容/ Contents）量子力学の時間発展問題と電気磁気学	（授業時間外の学習/ Assignments）解析力学と基礎量子力学問題の復習
（実施回/ Week）第3回	（内容/ Contents）ハミルトニアンへの電磁界の取り込み	（授業時間外の学習/ Assignments） Heisenbergの運動方程式の予復習
（実施回/ Week）第4回	（内容/ Contents）ゲージの導入とAB効果	（授業時間外の学習/ Assignments）電磁界を含んだハミルトニアンの予復習
（実施回/ Week）第5回	（内容/ Contents）電磁場のモード展開	（授業時間外の学習/ Assignments）ハミルトニアン関係式の応用問題復習
（実施回/ Week）第6回	（内容/ Contents）ハミルトニアンと運動量の振幅表現	（授業時間外の学習/ Assignments）固有モード展開の復習と量子統計の復讐
（実施回/ Week）第7回	（内容/ Contents）電磁場ハミルトニアン	（授業時間外の学習/ Assignments）光子場規格化の予復習
（実施回/ Week）第8回	（内容/ Contents）光子数固有状態と空間固有関数	（授業時間外の学習/ Assignments）ポアソン分布の予復習
（実施回/ Week）第9回	（内容/ Contents）コヒーレント状態	（授業時間外の学習/ Assignments）摂動法の復習と球面調和関数の復讐
（実施回/ Week）第10回	（内容/ Contents）フェルミの黄金律	（授業時間外の学習/ Assignments）遷移率計算の復習と交換関係応用問題の復習
（実施回/ Week）第11回	（内容/ Contents）光の吸収と放出	（授業時間外の学習/ Assignments）プランク放射の予復習
（実施回/ Week）第12回	（内容/ Contents）アインシュタインのA係数	（授業時間外の学習/ Assignments）詳細釣り合いの原理の予復習
（実施回/ Week）第13回	（内容/ Contents）気体レーザーの発振原理	（授業時間外の学習/ Assignments）気体レーザーの動作原理に関する復習
（実施回/ Week）第14回	（内容/ Contents）半導体レーザーの発振原理	（授業時間外の学習/ Assignments） Fermi-Dirac分布の復習とフェルミ自由電子ガスモデルの復習
（実施回/ Week）第15回	（内容/ Contents）半導体レーザーの構造と利得	（授業時間外の学習/ Assignments）量子力学の箱中の量子問題復習

受講生の量子力学の理解度に応じて講義内容を変更する．

＜成績評価基準/Evaluation Criteria＞

出席／クイズ解答	50%	e-class 授業への出席とその中でのクイズ解答．
期末レポート試験	50%	理論物理学の問題解決アプローチについて，理解深度を評価する．

理論物理学は大胆な仮説の導入，仮設に基く問題の定式化，実験による検証のプロセスを経て進化してきた．重要なのは，現在学生諸君が取り組んでいる問題に如何に学んだ内容を取り込んで行けるかである．期末レポートの採点においては，自らの修士論文研究テーマへの講義内容の応用についての記載部分を重点的に採点する．

＜成績評価結果/Results of assessment＞ 成績評価の見方について/Notes for assessment

登録者数	成績評価（%)								評点平均値	備考
登録者数	A+	A	B+	B	C+	C	F	他	評点平均値	備考
28	10.7	25.0	32.1	21.4	3.6	0.0	7.1	0.0	3.3

＜テキスト/Textbook＞

特に定めない。

講義で網羅する範囲が広いので毎週，講義内容をプリントにして配布する．

＜参考文献/Reference Book＞

特に定めない。

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