総合研究大学院大学天文科学専攻

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電波観測基礎技術概論 / Introduction to Instruments of Radio Astronomy

担当者:野口 卓(電波天文学系、先端技術センター)
Lecturer: T. Noguchi

講義の位置づけ / Method

講義
Lectures

聴講指定等/ Kinds of Registration

〔選択〕、〔5年共通〕、単位互換〔総研大研究科共通、東京大学〕
an elective subject, Student exchange agreement applicable

科目の概要 / Description

電波分光法の原理と基礎技術を講述する。
Lecture on principles of various detectors in redio observations.

教育目標・目的 / Leaning Goals

われわれは現在,パソコン,携帯電話など,数多くの電気・電子機器に囲まれて生活をしているだけでなく、天文観測においても様々な電子機器を利用している。それらの電子機器を構成する主要電子素子の動作は,固体の電気電子物性学を基礎として理解できる。本講義の目標は、物質のマクロな性質を原子や分子などのミクロな性質や振る舞いの理解を通して、天文観測機器に利用されれる電子回路,電気電子材料、半導体や超伝導体を用いた電子デバイスなどの原理や動作を理解する。
In the modern astronomy, observational instruments consisting of varieties of high-performance electronic devices are widely used. The operation principle of those electronic devices can be understood by the theory based on the electronic properties of matter. The aim of this lecture is to understand properties and the performance of those electronic devices used in the astronomical observations through the studies of micro properties and behavior of atoms or molecules as well as semiconductors and superconductors.

履修上の注意 / Notes

特になし
None.

授業計画 / Schedule

後期/金曜日/3時限目(15:00~16:30)
2nd semester/Friday/3rd Period(15:00~16:30)
開講日: / Schedule:

第 1回
電子物性とは何か
電気電子物性学(固体物理)の歴史
真空管から集積回路へ
What are the electronic properties of matter?
History of solid state physics
From vacuum tubes to LSIs
第 2回
物質のなりたちと原子の性質
原子構造解明の歴史と量子論の発展
Formation of matters and properties of atoms
History of atomic physics and development of the quantum theory
第 3回
結晶内における電子の運動
周期的ポテンシャル中の電子
エネルギーバンド
金属、半導体、絶縁体
Motion of electrons in a crystal
Electrons in the periodic potential
Energy band
Metals, semiconductors and insulators
第 4回
自由電子論
自由電子気体とフェルミ面
電気伝導と熱伝導
フェルミ統計と電子比熱
Free electron theory
Free electron gas and the Fermi surface
Electronic and thermal conductivity
Fermi statistics and specific heat capcity of electrons
第 5回
半導体デバイス
半導体の電気伝導
n形半導体とp形半導体
Semiconductor devices
Electronic conduction in semiconductors
n- and p-type semiconductors
第 6回
半導体素子と集積回路
ダイオードの動作原理
トランジスタの動作原理
集積回路
Semiconductor devices and integrated circuits
Theory of semiconductor diodels
Theory of transistors
Integrated circuits
第 7回
半導体光デバイス
半導体LD,LED,半導体光検出素子、APDなど
Semiconductor photo-devices
Laser diodes, light emission diodes, photo-detectors and Avalanche
photo-diodes
第 8回
レーザーの基礎(I)
レーザーの種類、発振・増幅機構
レーザーの種類と応用
レーザーの特徴を利用した様々な応用
Basics of lasers(I)
Theory of lasers
Application of lasers
第 9回
レーザーの基礎(II)
特徴と基本原理
光の吸収と放出
反転分布と光の増幅
光の発振条件
Basics of lasers(II)
Basic theory of lasers
Absorption and emission of radiation
Amplification of light and population inversion
第10回
熱力学の基礎
熱量および比熱
理想気体とジュールの法則
エントロピー
Basics of thermodynamics
Heat capacity and specific heat
Ideal air and Joule's law
Entropy
第11回
統計力学の基礎
エネルギーの移動と熱平衡
等確率の原理とエントロピー
Basics of statistical mechanics
Movement of the energy and thermal equilibrium
Equal probability principle and entropy
第12回
超伝導現象(I)
超伝導の歴史
超伝導の性質(マイスナー効果(完全反磁性)など)
超伝導の現象論(ロンドン理論と磁場侵入長)
Superconductivity (I)
History of superconductivity
Properties of superconductivity
Phenomenological theory of superconductivity
第13回
超伝導現象(II)
Ginzburg-Landau理論
超伝導の微視的理論
Josephson効果
Superconductivity (II)
Ginzburg-Landau theory
Microscopic theory
Josephson effect
第14回
超伝導の応用
超伝導を用いた電波検出素子(SISミキサ)、転移端センサ
(TES)、単一光子検出器などの紹介
Superconductivity (II)
Superconductor-based sensitive detectors
SIS mixers, TESs and single phton detectors
第15回
まとめと演習
Summary and exercize

教科書、参考書等 / Reference Books etc.

1. John D. Kraus, “Radio Astronomy”, published by Cygnus-Quasar (ISBN 0070353921).
2. チャールズ キッテル, “固体物理学入門 第8版〈上〉,〈下〉”, 丸善出版(株).
3. マイケル ティンカム, “超伝導入門 (上) , (下) ”, 吉岡書店.
1. John D. Kraus, “Radio Astronomy”, published by Cygnus-Quasar (ISBN 0070353921).
2. Charles Kittel, “Introduction to Solid State Physics, 8th Edition”, Wiley.
3. Michael Tinkham, “Introduction to Superconductivity”, Dover Publications. ISBN 0-486-43503-2.

成績評価 / Evaluation and Grading Policy

成績の評価は、原則として試験、平常の成績及び出席状況を総合して、100点満点、60点以上を合格とする。
The evaluation of results will be made in consideration of an examination, a normal result and the attendance rate, and qualifying points will be given to the ones who got 60 points in one hundred perfect score..


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