徳島大学 教育・研究者情報データベース(EDB)

Education and Research Database (EDB), Tokushima University

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授業概要: 2002/光応用工学計算機実習

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EID
21706
EOID
377032
Map
[2001/光応用工学計算機実習]
LastModified
2007年12月28日(金) 16:52:23
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大家 隆弘
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[教務委員会委員]/[徳島大学.工学部.光応用工学科]
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種別 必須 工学部•昼間 (授業概要)
入学年度 必須 西暦 2002年 (平成 14年)
名称 必須 (英) Optical Science and Technology Computation Exercise / (日) 光応用工学計算機実習 / (読) ひかりおうようこうがくけいさんきじっしゅう
コース 必須
  1. 2002/[徳島大学.工学部.光応用工学科]/[昼間コース]
担当教員 必須
  1. 原口 雅宣([徳島大学.大学院社会産業理工学研究部.理工学域.光応用系.光機能材料分野]/[徳島大学.理工学部.理工学科.情報光システムコース.光機能材料講座]/[徳島大学.ポストLEDフォトニクス研究所])
    肩書 任意
  2. 森 篤史
    肩書 任意
  3. 手塚 美彦
    肩書 任意
  4. 早崎 芳夫
    肩書 任意
  5. 河田 佳樹([徳島大学.大学院社会産業理工学研究部.理工学域.光応用系.光情報システム分野]/[徳島大学.理工学部.理工学科.情報光システムコース.光情報システム講座])
    肩書 任意
  6. 岡本 敏弘([徳島大学.ポストLEDフォトニクス研究所]/[徳島大学.理工学部.理工学科.情報光システムコース.光機能材料講座])
    肩書 任意
  7. 柳谷 伸一郎([徳島大学.大学院社会産業理工学研究部.理工学域.光応用系.光機能材料分野]/[徳島大学.理工学部.理工学科.情報光システムコース.光機能材料講座])
    肩書 任意
  8. 山本 裕紹
    肩書 任意
  9. 久保 満
    肩書 任意
単位 必須 1
目的 必須

(日) 計算機はあらゆる分野で不可欠であり,光技術者として計算機を用いた問題解決能力を養うことは重要である.ここでは,光学材料,光デバイスから光情報システムまでの光技術に関する基本的な課題に取り組み,計算機を有効に活用できる能力を高めることを目的とする.

概要 必須

(日) 以下の課題1及び課題2から各1題選択して計2題行う.各課題は7週間で実施し,4年前期の前半7週間に課題1,後半7週間に課題2の実習を行う. 課題1 (a) 半導体レーザの基礎特性と設計 光関連の技術に欠くことのできないレーザの基本特性について,計算機を用いて理解することを目的とする.そのために,適当な半導体レーザ素子を設定し,光出力特性等を計算する.<関連の深い講義:光デバイス1,レーザ光学基礎論> (b) 光導波素子の基礎と薄膜光学素子の設計 光を伝搬させる光ファイバ等の光導波素子も,反射防止膜のような厚さ数ミクロン程度以下の構造をもつ薄膜光学素子も,光の波としての性質を利用することで機能を実現している.素子を設計したり,素子の特性を明らかにすることで,光の波としての性質とその利用方法の基本的概念を理解する.<関連の深い講義:光デバイス1,光導波工学> (c) 分子シミュレーション入門材料設計や物性予測に不可欠な手段となっているモンテカルロ(MC)法と分子動力学(MD)法のうち,多体系(構成単位は,原子·分子など)の振る舞いを調べる方法であるMC法について,実習を行う.MD法は運動方程式の数値積分に基づいているが, MC法は確率過程に関連している. <関連の深い講義:材料統計熱力学2> (d) スペクトルシミュレーション さまざまな波長の光を用いて分子の電子状態や構造を明らかにする分子分光学において計算機が重要なツールとなることを理解することを目的とする.計算機の発達により,量子化学的計算から分子に特有のスペクトルを理論的に求めることが可能となった.ここでは,スペクトルシミュレーションが実際のスペクトルの解釈に必須である電子スピン共鳴(ESR)分光法において,与えら れたパラメータからスペクトルを計算により求めるプログラムを作成する.<関連の深い講義:分光分析学> 課題2 (a)光学素子設計の基礎 光関連の技術に欠くことのできない光学素子であるレンズとプリズムの基本特性について,計算機を用いて理解することを目的とする.そのために,適当な光学素子を設定し,焦点距離や収差,波長特性等を計算する. <関連の深い講義:幾何光学,波動光学> (b)光アナログ演算の基礎 光情報機器や光計測の技術に欠くことのできない光で情報を伝えることで実現できる演算について,計算機を用いて理解することを目的とする.レンズを用いた情報処理の基本となるフーリエ変換を計算することで,光アナログ演算により,変換される信号の関係を理解する.<関連の深い講義:光演算処理,信号処理> (c)コンピュータグラフィックスの基礎 ワークステーションのグラフィックス機能を利用してコンピュータグラフィックスの基本的な技術を習得することを目的とする.特に,現実感のあるグラフィックス表現を可能にするレイトレーシングアルゴリズムを習得する.<関連の深い講義:画像処理,幾何光学> (d)ディジタル信号処理の基礎 計算機技術の発展に伴い,ディジタル信号処理技術は音声や映像などのあらゆる分野で必要とされる基礎技術となっている.ここでは,ディジタル信号処理の基本となる離散フーリエ変換とその高速演算アルゴリズムである高速フーリエ変換を習得することを目的とする.<関連の深い講義:画像処理,信号処理,パターン認識,光画像計測>

キーワード 推奨
先行科目 推奨
関連科目 推奨
要件 任意
注意 任意
目標 必須
  1. (日) 光学材料,光デバイスから光情報システムまでの光技術に関する基本的な課題に取り組み,計算機を有効に活用できる能力を高め,光技術者として計算機を用いた問題解決能力を養うことを目標とする. 以下に,各課題に対する到達目標を示す. 課題1(a),(b)(担当: 原口 雅宣,岡本 敏弘) A.与えられた比較的単純な数式の計算結果を求めるプログラミングを作成し,妥当な計算結果を得られる. B.物理量を計算する場合,「単位」の概念が重要であることを理解する. C.レーザダイオード構造での共振器の特性,導波モードや光閉じ込め係数がレーザダイオードの特性にどのような影響を与えるのかを計算結果を通じて理解する. D.レーザのパルス発振動作(あるいは変調動作)で,レーザの光出力が時間的にどのように変化するのかを計算結果を通じて理解する. 課題1(c)(担当: 森篤史,柳谷 伸一郎) 計算機上で乱数を発生させ, その性質を把握した上でそれを使えるようにする.イジング模型を例に, 次のシミュレーションを実行させる:(1)エネルギーが減少する方向への系の発展.(2)メトロポリス法に基づいての, ボルツマン重み付きのサンプリング.又,一般的な物理的意味を理解できること(JABEE基準では必須). 課題1(d)(担当: 手塚 美彦) 与えられた法則に従ってスペクトルを計算し,それをディスプレイ上に再現できる. 課題2(a), (b) (担当: 早崎 芳夫,山本 裕紹) ·計算機を活用するような問題設定を行なうこと. ·設定した問題を解決するアルゴリズムを構築すること. ·プログラムの目的,内容,工夫点を発表できること. 課題2(c) (担当: 久保満) ワークステーションのグラフィックス機能を利用してコンピュータグラフィックスの基本技術を修得する. 課題2(d) (担当: 河田 佳樹) ·設定した課題に対するアルゴリズムを構築し,ソフトウェア仕様書を作 成できること. ·ソフトウェア仕様書に従ってプログラミングでき,作成したプログラ ムの動作がソフトウェア仕様を満たしていることを検査できるこ と. ·作成したプログラムの動作方法などのマニュアルを作成できるこ と.

計画 必須
  1. (日) オリエンテーション

  2. (日) 課題1

  3. (日) 課題1

  4. (日) 課題1

  5. (日) 課題1

  6. (日) 課題1

  7. (日) 課題1

  8. (日) 口頭試問·レポート

  9. (日) 課題2

  10. (日) 課題2

  11. (日) 課題2

  12. (日) 課題2

  13. (日) 課題2

  14. (日) 課題2

  15. (日) 口頭試問·レポート

  16. (日) 予備日

評価 必須

(日) 実習は全て出席し,レポートを提出しなければ成績評価の対象外となる.実習中における積極性,理解度及び,口頭試問の解答,レポートの提出状況と内容を総合して評価する.レポートの内容が採点基準に満たない場合,再提出を求めることがある.定期試験は実施しない.平常点は,実習中における積極性,理解度及び,口頭試問の解答,実習レポートの提出状況と内容を総合して評価する. 以下に,各課題に対する評価方法を示す. 課題1(a), (b) (担当: 原口 雅宣,岡本 敏弘) 出席(30%)およびレポート(60%),演習に対する積極性(10%)を評価する.レポートは,課題に対する結果と理解度,筋道の通った説明,解法の特徴とオリジナリティ,適切な図表の使用,相手に理解してもらう工夫,理論展開がしっかりした考察,を重視して採点する.課題に対して「もっともらしい計算結果が得られたか」のみを重視しているわけではないので,注意して欲しい. 課題1(c)(担当: 森篤史,柳谷 伸一郎) 出席とレポートの割合を6対4として評価する. 乱数の扱いは自習の初期の段階でフェィス·トゥー·フェィスの指導を行なう. 他についても同様に, 実際にパターンの発展を見ながら達成度を評価するが, 時間内に課題をこなせなかった場合はプリントアウトされたもので評価する. 課題1(d)(担当: 手塚 美彦) 出席30%,実習中における理解度20% 提出されたレポートの内容50% 課題2(a), (b) (担当: 早崎 芳夫,山本 裕紹) 成績評価:出席,レポート発表で評価する.出席点40%,レポート発表60%. 課題2(c) (担当: 久保満) 実習中の演題の解答,レポートの提出状況と内容を総合して評価する. 平常点40%,演題点40%.レポート点20%. 課題2(d) (担当: 河田 佳樹) 実習中における理解度20%,提出されたレポート内容80% 提出レポートには以下の内容が含まれ,その詳細について口頭で説明できることが必要である. ·構築したアルゴリズムについての説明,ソフトウェア仕様書 ·ソフトウェア仕様書に基づいたプログラム及び,実行例. ·作成プログラムのマニュアル.

JABEE合格 任意

(日) 総評価点の70%以上を合格とする.

JABEE関連 任意

(日) 光応用工学科の教育目標 A;9%,B;82%,F;9%

対象学生 任意
教科書 必須
  1. (日) 課題1(a),(b) (担当: 原口 雅宣,岡本 敏弘) 配付プリントならびに光デバイス1で用いたテキスト. 数値計算に関する参考書が必要となるので,各人図書館等を利用すること.

  2. (日) 課題1(c)(担当: 森篤史,柳谷 伸一郎) プログラミング言語および演習の教科書

  3. (日) 課題1(d)(担当: 手塚 美彦) 機器分析のてびき(2)(化学同人)

  4. (日) 課題2(a),(b) (担当: 早崎 芳夫,山本 裕紹) 三田典玄:実習C言語(アスキー出版局)森口繁一,伊理正夫,武市正人編:Cによる算法通論(東京大学出版会)

  5. (日) 課題2(c),(d) (担当: 久保満,河田 佳樹)中前栄八郎,西田友是:3次元コンピュータグラフィックス(昭晃堂)E.O. Brigham著,宮川洋,今井秀樹訳:高速フーリエ変換(科学技術出版社)

参考資料 推奨
  1. (日) 教科書·配布プリント,光デバイス1&2のテキスト,光導波工学のテキスト,プログラミング言語及び演習のテキスト.

URL 任意
連絡先 推奨
  1. (日) 原口雅宣 : 088-656-9411, haraguti@opt.tokushima-u.ac.jp 岡本敏弘 : 088-656-9412, okamoto@opt.tokushima-u.ac.jp 森篤史 : 088-656-9417, mori@opt.tokushima-u.ac.jp 柳谷伸一郎 : 088-656-9415, giya@opt.tokushima-u.ac.jp 手塚美彦 : 088-656-9423, ytezuka@opt.tok
    オフィスアワー 任意
科目コード 推奨
備考 任意
  1. (日) · 実習はすべて出席すること. · レポートを提出しなければ成績評価の対象外となるので注意すること. · 限られた時間内で実習内容を理解して課題をこなすことは困難であるので,予習をすること. · 受講者は上記の関連授業科目を履修していることが望ましい.

  2. (日) 成績評価に対する平常点と試験の比率:定期試験は実施しない. 平常点は,実習中における積極性,理解度及び,口頭試問の解答,実習レポートの提出状況と内容を総合して評価する.

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