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半導体フォトニクス

 情報社会の根幹を支える情報通信は光ファイバー通信の継続的発展により支えられてきた。近年においてはスマートフォンに代表されるモバイル端末の爆発的普及やそれに伴うクラウドネットワーキングの発展や人工知能への期待から、インターネット通信量やデーターセンター内でのデータ通信量がさらに増大することが予想されている。このため、より大容量・省電力・小型光通信の実現が求められており、SiやInPなどを用いた半導体光集積回路が重要となることが期待される。また、人工知能を用いた自動運転やIoT向けの光センシングにおいても半導体光集積回路はその重要性を増しつつある。
 本講義は、まず前半に、光導波路の基礎、および、光集積回路を構成する各種受動素子の基礎的な動作原理、設計手法、数値解析法について学び、光集積回路を設計する上の基礎知識を習得することを目指す。またこれらの学習を通じて、より広範囲なフォトニクスに適用可能なモード結合理論や伝搬行列法などの基礎理論の習得も目指す。
 後半は、前半で学んだ受動素子に対する理解を基に、光の増幅/吸収過程を伴う能動素子の基礎を学ぶ。能動素子の代表格である半導体レーザを例に取り、レーザ発振の原理と基本的な性質を理解する。また、半導体のバンド構造や量子構造がレーザ特性にどのように影響を与えるかを学習する。
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時間割/共通科目コード
コース名
教員
学期
時限
3747-116
GEN-EE6210L1
半導体フォトニクス
竹中 充
S1 S2
火曜4限
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教室
工学部新2号館 工242号講義室
講義使用言語
日本語
単位
2
実務経験のある教員による授業科目
NO
他学部履修
開講所属
工学系研究科
授業計画
前半(担当:竹中) (1) 光導波路の基礎 (2) パッシブ導波路素子 (3) 共振器・回折格子 後半(担当:種村) (4) 半導体レーザの基礎:現象論的説明 (5) 半導体の光物性 (6) 半導体のバンド構造 (7) 実際の半導体レーザの諸特性
成績評価方法
レポート課題(4回程度)
教科書
ヤリーヴ、イェー著「光エレクトロニクス」.沼居貴陽 著「半導体レーザー工学の基礎」.L. A. Coldren, S. W. Corzine, M. L. Mashanovitch, Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits, John Wiley & Sons.
履修上の注意
基礎を固める(分野別基礎)
その他
前提となる知識と項目:電磁気学 量子力学・固体物理学の基礎 応用先_分野と項目:光通信、光センシングなど、光エレクトロニクス分野全般 事後履修:光と物質の量子論 平行履修:固体電子物性工学I,固体電子物性工学II,集積フォトニクス