Обучение
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.
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.
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
- 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