Logo ČVUT
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
STUDIJNÍ PLÁNY
2024/2025

Kvantová optika

Předmět není vypsán Nerozvrhuje se
Kód Zakončení Kredity Rozsah Jazyk výuky
12KOP Z,ZK 5 3+1 česky
Garant předmětu:
Přednášející:
Cvičící:
Předmět zajišťuje:
katedra laserové fyziky a fotoniky
Anotace:

Přednáška pojednává o pokročilejších partiích kvantové optiky a navazuje na předchozí kurs Kvantová elektronika. Zabývá se zejména statistickými vlastnostmi záření, koherentními stavy elektromagnetického pole, kvantovým popisem optického záření, zvláštními stavy pole, zavádí kvazidistribuční a charakteristické funkce. Stěžejní partie dále představují Diracova teorie interakce kvantovaného elektromagnetického záření s kvantovou soustavou (teorie absorpce a emise) a kvantová teorie rozptylu optického záření atomem (Rayleighův, Thomsonův, Ramanův, rezonanční fluorescence). Pozornost dále věnuje zejména kvantové teorii koherence (kvantová teorie optické detekce, kvantové korelační funkce), v relaci s teorií klasickou. Přednáška se dále zabývá zobecněnou teorií koherence vyšších řádů, koherenčními vlastnosti zvláštních polí, kvantovou teorií tlumení (tlumený kvantový harmonický oscilátor, Heisenberg-Langevinův přístup). Pozornost je věnována přehledu neklasických měřících metod (fotopulsní statistika, intenzitní interferometrie, Brown-Twissův jev, hvězdný korelační interferometr, korelační spektroskopie), možnostem měření kvantového stavu světla, i některým vybraným partií moderní kvantové optiky (stlačené stavy, entanglované stavy). Součástí přednášky jsou pravidelná cvičení s praktickými příklady.

Požadavky:

Předpokladem pro studium předmětu je absolvování předmětu Kvantová mechanika (02KVAN) a Kvantová elektronika (12KVEN), resp. ekvivalentních kurzů.

Osnova přednášek:

1. Koherentní stavy elektromagnetického pole, kvantový popis optického záření, kvazidistribuční funkce.

2. Vybrané kvantové stavy pole - koherentní stav, ideální laser, rovnovážné záření, tepelné záření.

3. Diracova teorie interakce kvantovaného elektromagnetického záření s kvantovou soustavou.

4. Kvantová teorie rozptylu záření atomem, Kramers - Heisenbergův účinný průřez rozptylu, příklady rozptylů.

5. Kvantová teorie optické detekce, jednoatomový a mnohoatomový dvouhladinový absorpční / emisní detektor.

6. Kvantová teorie koherence, kvantové korelační funkce, zobecněná teorie koherence - koherence vyšších řádů.

7. Základy kvantové teorie tlumení, tlumený kvantový harmonický oscilátor, Heisenberg-Langevinův přístup.

8. Neklasické stavy světla - přehled, klasifikace, entanglované stavy, problém kvantové fáze, stlačené stavy.

9. Fotodetekční rovnice, neklasické měřící metody, měření kvantového stavu světla.

10. Moderní kvantová optika, EPR paradox, Bellovy nerovnosti, entanglované stavy, kvantová kryptografie.

Osnova cvičení:

Praktické příklady a výpočty vybraných problémů v oblastech:

1. Kvantový popis optického záření pomocí kvazidistribučních funkcí, aplikace na vybrané kvantové stavy světla.

2. Aplikace Diracovy teorie interakce kvantovaného světla s kvantovou soustavou pro vybrané stavy pole.

3. Aplikace Kramers - Heisenbergova účinného průřezu rozptylu na rozptyl Rayleighův, Thomsonův a Ramanův.

4. Aplikace kvantové teorie optické detekce.

5. Výpočty a aplikace kvantových korelačních funkcí, fotodetekční rovnice.

6. Aplikace kvantové teorie tlumení.

Cíle studia:

Znalosti:

Základní i pokročilé znalosti z oblasti kvantové optiky, jejích metodách a postupech, jak teoretických, tak praktických, v návaznosti na metodiku i poznatky z Kvantové elektroniky.

Schopnosti:

Orientace v problematice kvantové elektroniky, schopnost vytvoření nadhledu, praktická aplikace a porozumění základním principům kvantové optiky a jejich aplikace v praxi.

Studijní materiály:

Povinná literatura

[1] Mandel L.: Wolf E.: Optical Coherence and Quantum Optics, Cambridge University Press, 1995.

[2] Louisell W. H.: Quantum Statistical Properties of Radiation, J. Wiley & Sons, London, 1973.

[3] Vrbová, M.: Kvantová teorie koherence, interní učební materiál, KFE FJFI, 1997.

Doporučená literatura:

[4] Peřina J.: Coherence of Light, Dordrecht Reidel Publishing Company, 1985.

[5] Peng J.S., Li G. X.: Introduction to Modern Quantum Optics, World Scientific, 1998.

[6] C. C. Tannoudji, J.D. Roc, G. Grynberg, Photons and atoms - introduction to quantum electrodynamics, Atom-photon interactions - basic processes and applications, J. Wiley & Sons, New York, 2003.

Poznámka:
Další informace:
Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje
Předmět je součástí následujících studijních plánů:
Platnost dat k 22. 5. 2024
Aktualizace výše uvedených informací naleznete na adrese https://bilakniha.cvut.cz/cs/predmet6309706.html