Бакалавриат
2023/2024
Нелинейная и квантовая оптика
Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»
Статус:
Курс по выбору (Физика)
Направление:
03.03.02. Физика
Где читается:
Факультет физики
Когда читается:
4-й курс, 1-3 модуль
Формат изучения:
без онлайн-курса
Охват аудитории:
для своего кампуса
Язык:
русский
Кредиты:
6
Контактные часы:
64
Программа дисциплины
Аннотация
Отклик вещества на действие электромагнитного поля. Временная (частотная) и пространственная дисперсия. Волновая оптика световых пучков и импульсов: волновое уравнение, уравнения для медленно меняющихся амплитуд. Волны в слабонелинейных и диспергирующих средах: методы описания и классификация нелинейных эффектов. Определение и примеры параметрических и непараметрических нелинейных оптических эффектов. Классические модели ангармонизма. Ангармонизм свободного электрона. Магнито-дипольная восприимчивость свободного электрона. Сила Миллера. Электрострикция. Ангармонизм связанного электрона. Фазовый синхронизм и его реализация, групповой синхронизм. Тензоры линейной и нелинейной восприимчивостей вещества. Влияние симметрии среды на нелинейный отклик. Генерация второй гармоники (ВГ) при отражении от поверхности центросимметричных сред. Генерация ВГ на атомарно-чистых поверхностях металлов и полупроводников. Спонтанное и вынужденное параметрическое рассеяние. Параметрический генератор света. Локальные поверхностные плазмоны. Конфигурационные резонансы. Эффекты усиления локального поля в металлических наноструктурах локализованными поверхностными плазмонами. Нелинейно-оптические эффекты в метаматериалах. Материальная дисперсия сплошной среды. Распространение импульсов в диспергирующих средах: групповая скорость, дисперсионное расплывание, эффекты дисперсии высших порядков. Спектрально ограниченный импульс. Фотонные кристаллы и оптические сверхрешетки. Запрещенная фотонная зона. Дисперсия на краю запрещенной фотонной зоны. Фазовый синхронизм в изотропных фотонных кристаллах. Фазовый квазисинхронизм в оптических сверхрешетках.
Квантование поля. Коммутационные соотношения для операторов поля. Пространственная и временная когерентность. Корреляционные функции первого и второго порядка. Когерентность высших порядков. Фоковское, когерентное и сжатое состояния поля. Пуассоновская, субпуассоновская и суперпуассоновская статистика фотонов. Группировка и антигруппировка фотонов. Счет фотонов. Дробовой шум. Связь статистики. фотонов и фотоотсчетов, формула Манделя. Перепутанные состояния света. Оптическая реализация кубитов и их преобразования. Состояния Белла. Парадокс Эйнштейна- Подольского-Розена. Неравенства Белла. Квантовые вычисления на оптическом чипе.
Цель освоения дисциплины
- В курсе «Нелинейная и квантовая оптика» рассматриваются общие вопросы макроскопической нелинейной оптики объема и поверхности нелинейных сред. В первой части обсуждаются феноменологический и квантово-механический подходы к описанию взаимодействия излучения с веществом, нелинейных восприимчивостей, рассмотрены основные модели ангармонизма, приведена классификация нелинейно-оптических эффектов. Рассмотрено решение нелинейного волнового уравнения применительно к различным нелинейным оптическим процессам в приближении метода медленно меняющихся амплитуд. Во второй части курса рассмотрены основы квантовой оптики, квантово-механическое описание поляризации, статистика фотонов, формула Манделя. Обсуждаются экспериментальные возможности реализации перепутанных состояний света и их основные свойства.
Планируемые результаты обучения
- Использует знания современных проблем и новейших достижений физики в научно-исследовательской работе
- Анализирует, верифицирует, оценивает полноту информации в ходе профессиональной деятельности, при необходимости восполнять и синтезировать недостающую информацию.
Содержание учебной дисциплины
- Часть 1. Введение. Волновое уравнение. Параметрические и непараметрические нелинейно- оптические эффекты.
- Часть 2. Моды электромагнитного поля и квантование поля.
Элементы контроля
- Контрольная работапроведение трех контрольных работ, выполняемые в конце каждого модуля. Контрольная работа включает письменный ответ на 2 теоретических вопроса и решение 1-2 задач в билете по темам пройденного материала
- ЭкзаменИтоговый контроль - экзамен в конце 3-го модуля. Проводится устно в формате беседы по программе курса. Билет содержит 2 теоретических вопроса и 1 задачу. Оценки по всем формам контроля выставляются по 10-ти балльной шкале.
