Образование

КУРС
Квантовая оптика
Нанофотоника и метаматериалы
Радиочастотные системы и устройства
Ф
Прикладная и теоретическая физика
Физика полупроводников
Квантовые материалы
Атом в резонаторе
         Атом в оптическом резонаторе 

Целью данного курса является знакомство студентов с основными понятиями квантовой оптики и рассмотрение базовых задач.  Мы подробно изучим эффекты, связанные с квантовой природа света, рассмотрим механизм взаимодействия света с веществом, а также узнаем как это взаимодействие может быть усилено с помощью микро- и нанорезонаторов. В курсе будут представлены не только основные теоретические модели, но также и ключевые экспериментальные методы.

Язык обучения
Английский
Содержание программы

Part I. Light-matter interaction: semiclassical approach

  • Two-level system in a light field. Rabi oscillations 
  • Density matrix: from general properties to a twolevel system 
  • Light interaction with a three level-system 

Part II. Quantum properties of light

  • Secondary quantization of electromagnetic field 
  • Fock states and coherent states 
  • Quantum noise and squeezed states 
  • Coherence of light and photon detection 

Part III. Light-matter interaction: fully quantum picture

  • Two-level system in a quantized field 
  • Jaynes-Cummings model: polaritons 
  • Spontaneous relaxation: Weiskopf-Wigner model
  • Local density of states and Purcell effect  
  • Optical cavities 
  • Field fluctuations and Langevin equation 
  • Quantum theory of relaxation. Lindblad equation  
  • Atom in a cavity. Weak and strong coupling regime  

Additional topics

  • Quantum entanglement. Bell inequality. 
  • Laser cooling and ultra-cold atoms 
  • Fluctuations driven optical forces 
  • Local field operators. Quantization of light in lossy and dispersive media
  •  

Часть I. Взаимодействие света с веществом: полуклассический подход. 

  • Двухуровневая система в поле световой волны. 
  • Матрица плотности: от общих свойств до двухуровневой системы. 
  • Взаимодействие света с трехуровневой системой.

 Часть II. Квантовая природа света. 

  • Вторичное квантование электромагнитного поля. 
  • Фоковские и когерентные состояния света. 
  • Квантовый шум и сжатые состояния. 
  • Когерентность света и детектирование фотонов.

Часть III. Взаимодействие света с веществом: квантовая картина. 

  • Двухуровневая система в квантованном поле. 
  • Модель Джейнса-Каммингса. Поляритоны.
  • Спонтанная релаксация поля: модель Вайскопфа-Вигнера.
  • Локальная плотность фотонных состояний и эффект Парселла. 
  • Оптические резонаторы. 
  • Флуктуации поля и уравнения Ланжевена. 
  • Квантовая теория релаксации. Уравнение Линдблада. 
  • Атом в резонаторе с потерями: сильная и слабая связь

Дополнительные темы. 

  • Квантовое запутывание.
  • Неравенства Белла. 
  • Лазерное охлаждение и ультрахолодные атомы. 
  • Оптические силы связанные с флуктуациями поля. 
  • Локальные операторы поля. Квантование света в среде с дисперсией и потерями.
Список литературы

1. Marlan O. Scully, M. Suhail Zubairy. Quantum Optics. Cambridge University Press, pp. 656, 1997

2. Leonard Mandel, Emil Wolf. Optical Coherence and Quantum Optics. Cambridge University Press, pp. 1134, 1995

3. Martin Fox. Quantum Optics: An Introduction. Oxford University Press, pp. 400, 2006

4. Miguel Orszag.Quantum optics. Springer, 2008, 414 p.

5. Rodney Loudon. The Quantum Theory of Light. Oxford University Press, pp. 448, 2000

6. L. Novotny and B. Hecht, Principles of Nano-Optics. Cambridge University Press, 2012

Дополнительная информация
  • В курсе запланирован цикл домашних заданий для иллюстрации и лучшего понимания основного материала курса (около 30-40 задач различной сложности)
  • В рамках семинарских занятий студенты самостоятельно решают задачи в аудитории

Как оценивается успеваемость по курсу:

Подробнее смотрите приложенные файлы (Grading_policy.pdf)

Максимальное количество баллов за курс - 100

Максимальное количество баллов за решение задач - 50

Максимальное количество баллов за финальный устный экзамен - 50

Описание курса
Syllabus74.99 КБ
Grading Policy91.15 КБ