OTTICA QUANTISTICA
Anno accademico 2015/2016 - 1° anno - Curriculum FISICA DELLA MATERIACrediti: 6
SSD: FIS/02 - FISICA TEORICA, MODELLI E METODI MATEMATICI
Organizzazione didattica: 150 ore d'impegno totale, 102 di studio individuale, 48 di lezione frontale
Semestre: 2°
Obiettivi formativi
Fornire gli strumenti matematici e teorici atti a descrivere: 1) gli effetti dell’interazione della luce con sistemi quantistici, per rendere lo studente in grado di affrontare e comprendere gli sviluppi attuali nel campo della manipolazione di sistemi quantistici finalizzata allo sviluppo di sistemi di informazione quantistica e di dispositivi ottici; 2) la natura quantistica della radiazione elettromagnetica, per introdurre lo studente ad alcuni recenti aspetti della ricerca sui fondamenti della meccanica quantistica
Prerequisiti richiesti
Elementi di Elettrodinamica Classica, Meccanica Quantistica
Frequenza lezioni
Obbligatoria
Contenuti del corso
Modello di Lorentz di interazione atomo-campo elettromagnetico. Cenni di teoria perturbativa dipendente dal tempo. Approccio semiclassico: atomi interagenti con un campo elettromagnetico classico. Processi di interazione atomo-luce. Hamiltoniano di interazione. Transizioni tra livelli atomici pilotati da un campo elettromagnetico oscillante. Assorbimento tra livelli di vita media finita. Amplificazione laser. Equazioni di Rate. Matrice densità e equazioni ottiche di Bloch. Manipolazione delle coerenze quantistiche. Frange di Ramsey. “Photon Echoes”. Trasparenza indotta elettromagneticamente. Slow light. Quantizzazione del campo elettromagnetico libero. Stato fondamentale di radiazione. Radiazione di singolo modo. Stati numero e stati coerenti. Radiazione multimodale. Interazione atomo-radiazione elettromagnetica quantizzata. Processi di interazione. Emissione spontanea. Elettrodinamica quantistica di una cavità. Effetto Purcell. Introduzione all’ottica non lineare. “Three-wave mixing”.
Testi di riferimento
1) Introduction to Quantum Optics From the Semi-classical Approach to Quantized Light GILBERT GRYNBERG ALAIN ASPECT CLAUDE FABRE CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS 2) The quantum theory of light Rodney Loudon Oxford University Press.
Programmazione del corso
* | Argomenti | Riferimenti testi | |
---|---|---|---|
1 | * | Modello di Lorentz di interazione luce-atomo, suscettività classica | |
2 | * | Permittività dielettrica, indici di rifrazione, velocità di gruppo | |
3 | * | Coefficienti di Einstein | |
4 | * | Sistema a due livelli, approsimazione semiclassica, soluzione perturbativa e “esatta”, oscillazioni di Rabi. Effetti di saturazione. Dark states.. | |
5 | * | Matrice densità | |
6 | * | Equazioni di evoluzione della matrice densità. Sfera di Bloch, equazioni ottiche di Bloch | |
7 | * | Manipolazione degli stati atomici. Frange di Ramsey, effetto eco. | |
8 | * | Sistemi a tre livelli. Trasparenza indotta. | |
9 | * | Trattazione classica di ottica nonlineare | |
10 | * | Equazioni di Maxwell in mezzi nonlineari: approssimazioni | |
11 | * | Three waves mixing. Relazione di Manley-Rowe. Amplificazione e fluorescenza paramentrica | |
12 | * | Termini non lineari del terzo ordine. Effetto Kerr | |
13 | * | Quantizzazione del campo elettromagnetico: linee guida | |
14 | * | Stati quantistici della radiazione e.m. singolo modo: stati numero, quasiclassici, sqeezed | |
15 | * | Specchi semitrasparenti, interferometro di Mach Zender | |
16 | * | Manifestazioni della natura quantistica della radiazione |
N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame.
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
Colloquio orale della durata di circa 45-60 min
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
non disponibili