目次

第1章 光って何だろう？－光の性質－

1-1 「見る」ということ

光と像

反射の法則

屈折の法則

1-2 反射・屈折の法則を確かめる

反射の法則を確かめる

屈折の法則を確かめる

1-3 人形が浮かんでいる

不思議なおもちゃ

球面鏡

浮かぶ人形の簡単な原理

1-4 ニュートンの粒子説

光の直進の説明

光の反射の説明

光の屈折の説明

コラム ニュートンによる屈折の説明をイメージする

1-5 光の速度

木星の蝕を利用した光の速度の測定

回転鏡を使った光の速度の測定

1-6 光の回折と干渉

回折の仕組み

ホイヘンスの原理

屈折

光の干渉

1-7 電磁波

電磁波の様子

電磁波の種類

双極子放射

金属表面での反射

偏光

反射率

分散

X線

1-8 偏光

仕切りの板はないのに、仕切りの板が見える？

不思議なおもちゃの原理

立体映画の話

1-9 光は粒子である（光子論）

光電効果

アインシュタインの光子論

恒星の色

1-10 光子の性質 粒子性と波動性

光の量子（光子）

光の波長と光子のエネルギー

コラム 光子帆船

1-11 円偏光

円偏光と直線偏光（光を電磁波と考えて）

円偏光と光子（光を光子と考えて）

第2章 発光と光吸収のメカニズム

2-1 準備（エネルギーレベル）

電子の波動性

エネルギーレベルとエネルギーバンド

エネルギーレベルと光の放出・吸収

光化学反応

2-2 熱放射

発光のメカニズムの分類

太陽光のスペクトル

熱放射の原理

地球温暖化問題

2-3 束縛されていない電子による光の放射

制動放射

チェレンコフ放射

シンクロトロン放射

2-4 ルミネッセンス

ルミネッセンスの原理

蛍光と燐光

2-5 発光現象の応用

白熱灯

発光ダイオード

ナトリウムランプと蛍光灯

ブラウン管

プラズマディスプレイ

第3章 幾何光学

3-1 フェルマーの原理

フェルマーの原理

フェルマーの原理のいろいろな表現

フェルマーの原理と反射

フェルマーの原理とスネルの屈折の法則

絶対屈折率と相対屈折率

平行な2つの境界での屈折

フェルマーの原理と像

3-2 球面レンズによる像

単一球面レンズ

3-3 球面を組み合わせた薄いレンズ

2枚の球面による像の位置

球面を組み合わせた薄いレンズ

球面を組み合わせた薄い凸レンズ

球面を組み合わせた薄い凹レンズ その1

球面を組み合わせた薄い凹レンズ その2

3-4 薄いレンズによる像

薄い凸レンズの焦点距離と像の位置

薄い凸レンズによる像の作図

薄い凹レンズの焦点距離と像の位置

薄い凸レンズによりつくられる虚像の作図

薄いレンズによる像のまとめ

3-5 レンズの明るさ

Fナンバーと明るさ

3-6 レンズと収差（球面収差と色収差）

球面収差

非球面レンズによる収差の解消

色収差

組み合わせレンズと色収差の解消

いろいろなレンズ

コラム 4次の項までとったTの計算

3-7 レンズの材料（ガラス、プラスチック）

ガラス

光学ガラス

石英ガラス

プラスチック

3-8 反射鏡（球面鏡と放物面鏡）

球面鏡による像

球面鏡の焦点距離

放物面鏡の像

凸面鏡による像の作図

凹面鏡による像の作図

コラム 式3.8.4の求め方

コラム 式3.8.10の求め方

コラム y⁴の項を無視しないときの式3.8.19に相当する式

コラム y⁴の項を無視しない式3.8.24に相当する式

3-9 球面鏡による像と浮かぶ人形の説明

球面鏡による像の簡単な説明

浮かぶ人形の説明

3-10 反射屈折を利用した光学機器

光ファイバー

虫眼鏡

望遠鏡

顕微鏡

3-11 プリズムと虹

プリズムによる分散

美しい虹

虹の仕組み

第4章 波動光学

4-1 ホイヘンスの原理と回折干渉

波長、振動数、光速と波の表し方

ホイヘンスの原理

ホイヘンスの原理と光の性質

複スリットによる干渉（簡単な説明）

複スリットによる干渉（詳しい説明）

回折格子

コラム 式4.1.4の証明

4-2 有限の幅のスリットと長方形の穴による回折

有限の幅のスリットによる回折

長方形の穴による回折

円形の穴による回折

4-3 分解能

レンズの分解能

望遠鏡の分解能

顕微鏡の分解能

分解能と不確定性原理

コラム 量子力学と不確定性原理

4-4 結晶光学

結晶内の光線速度

常光線

異常光線

複屈折

4-5 偏光のつくり方

偏光方向による吸収率の違いを利用

複屈折の利用

ニコルプリズム

4-6 偏光の応用

反射と偏光

液晶ディスプレイ

4-7 薄膜による干渉

反射による位相の変化

空気中に置かれた薄膜による干渉（垂直入射）（簡単な説明）

空気中に置かれた薄膜による干渉（垂直入射）（詳しい説明）

ガラスにコーティングされた薄膜による干渉（垂直入射）

薄膜による干渉（斜め入射）

薄膜の多重干渉

4-8 薄膜の干渉の応用

反射防止コーティング

涼しい窓ガラス

位相差顕微鏡（小さくて透明な物体を観測する）

シャボン玉

4-9 X線回折

2枚の格子面での干渉

多数の原子面での干渉（X線回折）

X線回折の観測

第5章 電磁光学

5-1 マクスウェルの方程式

マクスウェルの方程式の積分形

マクスウェルの方程式の微分形

コラム マグネティック・モノポール

5-2 マクスウェルの方程式の解としての平面波

平面波

5-3 境界条件

電場の境界条件

磁場の境界条件

5-4 反射率・透過率に関するフレネルの法則

入射波、反射波、透過波の表し方

境界条件

電磁波のエネルギー

反射率と透過率

第6章 レーザーの基本原理

6-1 レーザーの原理

自然放出と誘導放出

反転分布と増幅

ポジティブフィードバックと発振

固有振動

レーザー発振の仕組み

6-2 レーザー光の特徴

干渉性が良い（位相がそろっている）

指向性が良い

単色性が良い

高いエネルギー密度

6-3 半導体レーザーの要素

半導体レーザーの特徴

半導体の仕組み

ダイオードの仕組み

発光ダイオードの仕組み

発光ダイオードの種類

6-4 ホモ接合半導体レーザーの仕組み

ホモ接合半導体レーザーの構造

ホモ接合半導体レーザーの動作

6-5 ヘテロ接合半導体レーザーの仕組み

ヘテロ接合半導体レーザーのエネルギーバンド

ヘテロ接合半導体レーザーの動作

ヘテロ接合半導体レーザーのレーザー光閉じ込め効果

6-6 気体レーザーの仕組み

気体レーザーの構造

気体のエネルギーレベル

気体レーザーの動作

気体レーザーの特徴

6-7 固体レーザーの仕組み

固体レーザーの種類

固体レーザーの構造

固体レーザーの動作

固体レーザーの特徴

6-8 有機色素レーザーの仕組み

有機色素レーザーの構造

有機色素レーザーのスペクトルとエネルギーレベル

特定の波長を選んでレーザー発振させるための工夫

有機色素レーザーの特徴

コラム 有機色素

6-9 レーザー光の制御

レーザー光の変調

パルスの発生

第7章 レーザーの応用技術

7-1 CDと青色レーザー

CD-ROMの構造

CD-ROMへのデータの記録

CD-ROMからのデータの読み取り

トラッキング

青色レーザー

7-2 超精密レーザー計測

膜厚の精密測定

長さの精密測定

速度の測定

距離の測定

分子の検出

飽和分光

7-3 レーザー加工とレーザー医療

レーザー加工

レーザー医療

7-4 核融合への応用

核融合の原理

慣性閉じ込め

爆縮

第8章 光化学と太陽電池

8-1 光化学反応とは

光子のエネルギーと化学結合のエネルギー

原子中の電子による光子の吸収

分子中の電子による光子の吸収

光化学のいろいろ

8-2 TiO₂とその応用

TiO₂-Pt太陽電池

光触媒TiO₂

8-3 太陽電池

太陽電池の原理

太陽電池の効率

8-4 光合成

光合成の全体像

8-5 眼の仕組み

眼球の構造