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:
Forklare forskelle mellem blandede og rene kvantemekaniske optiske tilstande og beregne målbare størrelser ved brug disse tilstande.
Forstå kvantiseringen af det elektromagnetiske felt og benytte denne viden til at beskrive vakuum feltet samt kohærens egenskaberne af optiske kvantetilstande.
Beskrive forskellige måleteknikker i kvanteoptikken såsom den homodyne detector, fotontælleren samt abstrakte projektioner.
Diskutere forskellige matematiske kvanterepræsentationer af optiske kvantetilstande; Fock repræsentationen, positionsrepræsentationen og Wigner funktionsrepræsentationen.
Forstå forskellige observable af kvanteoptiske eksperimenter; Kvadraturoperatoren, fotonoperatoren og faseoperatoren.
Forklare egenskaberne af forskellige klassiske, semi-klassiske og kvantemekaniske optiske tilstande.
Forklare den fundamentale atom-lys vekselvirkning ved brug af semi-klassiske metoder og kvantemekaniske metoder og forstå forskellen mellem de to.
Diskutere forskellige optiske elementer som transformerer optiske tilstande såsom stråledeleren, den parametriske forstærker og fasepladen.
Beskrive Jaynes-Cummings modellen og forstå kavitets kvanteelektrodynamikprocessen.
Diskutere og udføre udregninger på moderne anvendelser af kvanteoptikken såsom, kvantemetrologi, kvanteinformatik og kvante opto-mekanik.
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 samt anvendelser af kvanteoptikken i metrologi og informatik. Den studerende indføres hermed i de nyeste kvanteoptiske problemer i forskningen.
Litteratur:
Introductory Quantum Optics af Ch. Gerry og P. Knight, ISBN 978-0521527354.
