Аспирантура
2019/2020
Квантовая оптика
Статус:
Курс обязательный
Направление:
03.06.01. Физика и астрономия
Кто читает:
Факультет физики
Когда читается:
1-й курс, 1 семестр
Формат изучения:
без онлайн-курса
Преподаватели:
Юдсон Владимир Исаакович
Язык:
русский
Кредиты:
5
Контактные часы:
30
Программа дисциплины
Аннотация
Квантовая оптика изучает явления, связанные с квантово-механической природой электромагнитного поля и его взаимодействия с веществом. Полученные ранее знания в области одночастичной квантовой механики применяются для описания полевых систем с большим числом степеней свободы. Тематика включает в себя формализм вторичного квантования электромагнитного поля, описание и сравнение различных состояний поля (таких, как Фоковское, когерентное, сжатое, "кот Шредингера" и др.). Описываются эффект Казимира и статистика поля при конечных температурах. Рассматривается взаимодействие атома с квантованным электромагнитным полем. Анализируются модель Раби и модель Джейнса-Каммингса. Вводятся одетые состояния. Развивается теория спонтанного излучения атома и резонансной флуоресценции. Изучаются явления квантовой когерентности и корреляционные измерения. Рассматриваются корреляционные функции амплитуд и интенсивностей полей. Описываются квантовая механика деления пучка, интерферометрия с одним фотоном (в частности, в схеме Юнга), а также измерения функций когерентности высших порядков (в том числе, интерферометр и физика эффекта Хэнбери-Брауна и Твисса). Рассматриваются способы получения сжатых состояний в нелинейно-оптических процессах (таких, как оптическая параметрическая генерация) и их детектирование. Рассматриваются схемы квантовых неразрушающих измерений (в том числе, измерение числа фотонов с помощью оптического эффекта Керра).
Цель освоения дисциплины
- получение фундаментальных знаний в области взаимодействия квантового электромагнитного поля с веществом, углубление представлений об квантовых оптических эффектах, знакомство с основными применениями методов современной квантовой оптики и фотоники.
Планируемые результаты обучения
- получение фундаментальных знаний в области взаимодействия квантового электромагнитного поля с веществом. углубление представлений о квантовых оптических эффектах. знакомство с основными применениями методов современной квантовой оптики и фотоники
Содержание учебной дисциплины
- Излучение и поглощение фотонов атомамиВзаимодействие атома с квантованным электромагнитным полем. Модель Раби. Модель Джейнса-Каммингса и ее расширения. Одетые состояния. Модель Дикке. Сверхизлучение и субизлучение. Резонансная флуоресценция.
- Квантовая когерентность и корреляционные измеренияВведение понятия когерентности полевых состояний. Степень когерентности. Когерентность первого порядка. Квантовомеханический детектор фотонов. Корреляционные функции амплитуд и интенсивностей полей. Интерферометрия с одним фотоном. Квантовая механика деления пучка. Интерферометрия света в когерентном состоянии. Интерференция в схеме Юнга. Функции когерентности высших порядков. Звездный интерферометр Майкельсона. Интерферометр и физика эффекта Хэнбери-Брауна и Твисса.
- Процессы параметрической генерации и неклассические состояния светаОдномодовые сжатые состояния. Многомодовые сжатые состояния. Сжатие в нелинейно-оптических процессах: вырожденное параметрическое усиление, сжатие в оптическом параметрическом генераторе, сжатие при четырехволновом смешении. Детектирование сжатых состояний. Группировка и антигруппировка фотонов, пуассоновский и субпуассоновский свет. Состояния "кот Шредингера".
- Квантовые измеренияВведение в проблематику. Парадокс Эйнштейна, Подольского, Розена, теорема Белла. Квантовые неразрушающие измерения. Измерения числа фотонов с помощью оптического эффекта Керра. Измерения в оптических параметрических процессах.
- Эффекты атомной когерентности.Когерентное пленение населенностей – темные состояния. Электромагнитно-индуцированная прозрачность. Движение атомов в резонансном световом поле.
- Квантовая природа светаКвантование электромагнитного поля, свободные фотоны. Фоковские состояния (представление чисел заполнения). Когерентное состояние одномодового поля как собственное состояние оператора уничтожения. Связь со смещенным состоянием гармонического осциллятора. Свойства когерентных состояний (переполненность, неортогональность), разложение фоковских состояний по когерентным и наоборот. Многомодовое поле. Корреляционные функции квантовых полей. Генерация когерентных состояний. Вакуумные флуктуации, энергия поля в полости, эффект Казимира, Лэмбовский сдвиг. Поле при конечных температурах.
