10380 Kvanteoptik
2023/2024
Overordnede kursusmål
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 nano-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:
- Forstå kvantiseringen af det elektromagnetiske felt og benytte
denne viden til at beskrive vakuum feltet samt Forstå
kohærensegenskaberne af optiske kvantetilstande.
- Forklare forskelle mellem blandede og rene kvantemekaniske
optiske tilstande og beregne målbare størrelser ved brug disse
tilstande.
- Diskutere forskellige matematiske kvanterepræsentationer af
optiske kvantetilstande; Fock repræsentationen,
positionsrepræsentationen og Wigner funktionsrepræsentationen.
- Beskrive forskellige måleteknikker i kvanteoptikken såsom den
homodyne detektor og fotontælleren.
- Forklare den fundamentale atom-lys vekselvirkning ved brug af
semiklassisk metode såvel som den fulde kvantemekaniske metode
(Jaynes-Cummings modellen).
- Forstå åbne dissipative kvantemekaniske systemer og i
særdeleshed kvanteelektrodynamik for kaviteter.
- Diskutere hvordan et kvantesystem kan beskyttes fra dekohærens
og disentanglement.
- Diskutere forskellige optiske elementer som transformerer
kvantetilstande såsom stråledeleren, den parametriske forstærker og
fasepladen.
- Diskutere og udføre udregninger på moderne anvendelser af
kvanteoptikken såsom, kvantemetrologi, kvanteinformatik og kvante
opto-mekanik.
- Forstå avancerede eksperimenter i kvanteoptik.
Kursusindhold
Kurset indfører den studerende i såvel den semiklassiske som den
fuldt kvantiserede beskrivelse af vekselvirkning mellem stråling og
nano-strukturer. 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 nano-strukturer
i optiske mikrokaviteter samt anvendelser af kvanteoptikken i
metrologi og informatik. Den studerende indføres hermed i de nyeste
kvanteoptiske problemer i forskningen. Ud over forelæsningerne vil
den studerende lære at anvende nogle af de tillærte begreber ved
kvanteoptiske eksperimenter
Sidst opdateret
09. februar, 2024