Moderne optik og fotonik benytter i stigende grad kvantefysikken til beskrivelse af optiske processer og systemer. Dette skyldes bl.a. udviklingen af laserteknologien samt arbejdet med stadig mindre optiske komponenter, hvor vekselvirkninger mellem enkeltatomer og fotoner indgår. Målet med kurset er at give den studerende en god generel baggrund samt et grundigt fundament for videre arbejde med forskning inden for kvanteoptik.
Læringsmål:
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
Beskrive optakten til Plancks kvantiseringshypotese, samt den klassiske elektromagnetismes manglende evne til at beskrive lys-atom vekselvirkninger.
Præsentere og udlede resultater af teorien om Einstein koefficienter og rateligninger, bl.a. på fluorescens og laserfysik.
Præsentere og udlede resultater af den semiklassiske teori, bl.a. vedr. beregning af Einstein koefficienter og spektralliniers form.
Præsentere og udlede resultater af teorien for kvantisering af det optiske felt, herunder feltet som en samling harmoniske oscillatorer, udledning af Einstein koefficienterne og tværsnit for absorption, stimuleret og
Forklare den klassiske kohærensteori og sammenholde den med kvanteoptisk kohærensteori.
Beskrive lys som enkeltfotoner og udlede forskellige resultater vedrørende korrelationer ved måling af en og to fotoner efter passage af en beamsplitter.
Beskrive enkelte resultater fra 2. ordens ulineær optik ved hjælp af det fuldt kvantiserede felt, specifikt Hamilton operatoren for 2. ordens processer og de resultater, der har specielt kvanteoptisk relevans.
Præsentere mundtligt udvalgte emner inden for kursets emnekreds ved kollokvier for de øvrige studerende, bl.a. med henblik på forberedelse til den mundtlige eksamen.
Kursusindhold:
Kurset indfører den studerende i såvel den semiklassiske som den fuldt kvantiserede beskrivelse af vekselvirkning mellem stråling og stof. Disse metoder benyttes til at beskrive lysfeltet i forskellige kvanteoptiske tilstande samt absorption, emission og fotodetektion. I sidste del af kurset arbejdes med kvanteoptisk beskrivelse af interferens og kohærens, støjfænomener i detektorer og lasere samt generering og måling af unikke kvanteoptiske fænomener som f.eks. squeezed light og entanglement. Endelig beskrives den kvantemekaniske kobling mellem lys og stof i optiske mikrokaviteter. Den studerende indføres hermed i de nyeste kvanteoptiske problemer i forskningen.
Litteratur:
Introductory Quantum Optics af Ch. Gerry og P. Knight, ISBN 978-0521527354.
