Quantum Electronics

Course Information

College	Toyama College	Year	2021
Course Title	Quantum Electronics
Course Code	0006	Course Category	Specialized / Elective
Class Format	Lecture	Credits	Academic Credit: 2
Department	Control Information Systems Engineering Course	Student Grade	Adv. 1st
Term	Second Semester	Classes per Week	2
Textbook and/or Teaching Materials
Instructor	Yoshii Yotsumi

Course Objectives

Through this course, understanding of the following will be facilitated.
1. Electromagnetic theory and propagation of rays and beams.
2. Interaction of radiation and atomic systems.
3. Theory of laser oscillation and laser devices.
4. Detection of optical radiation and properties of semiconductor photodiodes.
5. Laser applications in sensors and communications.

1.光の基本的な性質について説明できる。
2.異なる媒質中での光の性質と光と物質の相互作用について説明できる。
3.レーザの構造と動作原理を説明できる。
4.受光素子の構造と動作原理を説明できる。
5.光エレクトロニクスが応用されている装置について説明できる。

Rubric

	理想的な到達レベルの目安	標準的な到達レベルの目安	未到達レベルの目安
評価項目1	Clearly understands properties of light	Ability to explain properties of light	Unable to explain properties of light
評価項目2	Clearly understands interaction of radiation and atomic systems	Ability to explain interaction of radiation and atomic systems	Unable to explain interaction of radiation and atomic systems
評価項目3	Clearly understands operating principles and the structure of diode lasers	Ability to explain operating principles and the structure of diode lasers	Unable to explain operating principles and the structure of diode lasers
評価項目4	Clearly understands operating principles and the structure of photon detectors	Ability to explain operating principles and the structure of photon detectors	Unable to explain operating principles and the structure of photon detectors
評価項目5	Clearly understands optoelectronics and laser application devices	Ability to explain optoelectronics and laser application devices	Unable to explain optoelectronics and laser application devices

Assigned Department Objectives

ディプロマポリシー B-2 （電気・電子分野及び通信分野について理論的に説明できる。）

JABEE B2 （電気・電子分野及び通信分野について理論的に説明できる）

Teaching Method

Outline:

This course explores the fundamentals of optoelectronic phenomena and devices based on classical and quantum properties of radiation. Fundamentals include: Maxwell's electromagnetic waves, resonators and beams, classical ray optics and optical systems, quantum theory of light, matter and its interaction, lasers with continuous wave generation, semiconductor optoelectronics. Optoelectoronics and laser applications are also introduced.

Style:

For the purpose of understanding quantum electronics, lectures and exercises facilitate the learning of principles and examples. MIT Open Courseware videos are also used.
1.Understanding Lasers and Fiberoptics
2.Demonstrations in Laser Fundamentals
3.Demonstrations in Physical Optics

Notice:

Course Plan

			Theme	Goals
2nd Semester
	3rd Quarter
		1st	Guidance ガイダンス イントロダクション	Guidance: Discuss the goals and structure of this course 量子（光）エレクトロニクスについて概説できる
		2nd	Wave optics 波の基本的性質	Relation between wave optics and ray optics 波（光）の基本的な性質を説明できる
		3rd	Electromagnetic theory of light 光と電磁波	Maxwell's equations and wave equation マクスウェル方程式から波動方程式を導出できる
		4th	Polarized light 偏光	Polarization of light, reflection and refraction Polarization devices 偏光の基本的な性質を説明できる
		5th	Optical wave guides and fibers 光導波路と光ファイバ	Propagation of optical beams in fibers 光導波路と光ファイバの原理を説明できる
		6th	Lasers(1) レーザ光	Characteristics of the laser output レーザー光の性質を説明できる
		7th	Lasers(2) レーザ光の発生（１）	Interactions of photon with atoms Laser amplifier 光と物質の相互作用とレーザー光の発生について説明できる
		8th	Lasers(3) レーザ光の発生（２）	Theory of laser oscillation Optical resonators 光共振器について説明できる
	4th Quarter
		9th	Semiconductor photon sources(1) 発光素子の動作原理と特性（１）	Light emitting diodes Semiconductor laser amplifiers Structures of diode laser 半導体レーザの基本構造と動作原理を説明できる
		10th	Semiconductor photon sources(2) 発光素子の動作原理と特性（２）	Advanced semiconductor lasers: DFB, VECSEL, etc 特徴的な半導体レーザの原理について説明できる（FP型, DFB型）
		11th	Semiconductor photon sources(3) 発光素子の動作原理と特性（３）	Characteristics of diode laser 半導体レーザーの特性について説明できる
		12th	Semiconductor photon detectors(1) 受光素子の動作原理と特性（１）	Theory of photodiodes and structure フォトダイオードの構造と動作原理を説明できる
		13th	Semiconductor photon detectors(2) 受光素子の動作原理と特性（２）	Characteristics of photodiode フォトダイオードの特性について説明できる
		14th	Optoelectronics and laser applications(1) 光エレクトロニクスの応用（１）	Optical disc drives 光ディスク装置について説明できる
		15th	Optoelectronics and laser applications(2) 光エレクトロニクスの応用（２）	Optical communications over optical fiber 光ファイバ通信方式について説明できる
		16th

Evaluation Method and Weight (%)

	試験	発表	相互評価	態度	ポートフォリオ	その他	Total
Subtotal	80	0	0	0	20	0	100
基礎的能力	40	0	0	0	10	0	50
専門的能力	40	0	0	0	10	0	50
分野横断的能力	0	0	0	0	0	0	0