光システム工学の基礎 (2: pp.16-30)

光システム工学
光システム工学の基礎 (2: pp.16-30)
浮田
2.1 波動光学
宏生
が∞となる入射角が存在します．これをブリュ
ースター(Brewster)角 φb といいます．それは
ここでは，光波の表現とベクトル表現，界面での
入射波，反射波，透過波の関係から，反射率，屈
tan( φ 1 + φ 2) = π/2 のときで，rp = 0 ですから，
反射光はすべて s 偏光になります．
折率を導出し，波動光学の基礎を学びます．
2.2 微小機械の物理―マイクロメカニックス―
Ea
Er
Ap
Rp
●
●
As
Rs
φ1
媒質１(n1)
媒質2(n2)
近年，半導体の微細加工技術は電子回路の製
作にとどまらず，機械部品の加工にも適用されてい
x
ます．この技術が微小電気機械（ MEMS: Micro
φ1’
φ2
Ts
Tp
Electro Mechanical Systems ）の技術基盤となり，
Et
種々の微小センサやアクチュエータなどのマイクロ
●
z
マシンを生み出しています．さらに，微小光学が結
図 2.1 界面での反射と透過
合し，オプトメカトロニクスの先端分野である光マイ
クロマシン (Optical MEMS) という技術分野が生ま
（a）光波の表示
れつつあります．この背景には，マイクロ化されて高
（b）界面での反射，屈折
次の順序で界面での反射率，屈折率を求めます．
(i)入射光，反射光，屈折光の振幅の相互関係
(ii) 境界条件（接線成分が連続）の適用
速になった機械（光センサ，光スキャナ，ディジタル
ミラーディスプレーなど）要素が，光制御に適するよ
うになったことがあります．
(iii)スネルの法則の適用．
表 2.1 微小機械の特徴
（c）反射率，屈折率の導出
フレネルの公式
sin(φ 1 - φ 2)
Rs
=rs=
sin( φ 1 + φ 2)
As
・粘性力≫慣性力
(a)
→
表面摩擦の影響が大
・応答時間 τ =m / f∝ Ｌ →
2
・レイノルズ数 Re∝Ｌ
Rp tan( φ 1 - φ 2)
rp=
=
Ap tan( φ 1 + φ 2)
(b)
2cos φ 1 sin φ 2
Ts
=
ts =
sin( φ 1 + φ 2)
As
(c)
2cos φ 1 sin φ 2
Tp
=
tp =
sin( φ 1 + φ 2)cin( φ 1 - φ 2)
Ap
(d)
流れは層流
2
・運動エネルギー m v /2 ∝ Ｌ5
→
低消費エネルギー
・外界への影響が少ない（センサ,手術）
→
Rp tan( φ - φ )
1
2
さて，rp=
=
によれば，分母
Ap tan( φ 1 + φ 2 )
→
高速度応答
自然に優しい
(a)微小化の効果と特徴
(b)微小機械の作製法
(c)運動方程式