Optyka kwantowa 1

Wykład (30 godzin) o charakterze teoretycznym adresowany do studentów fizyki 2. stopnia oraz jako wykład do wyboru do doktorantów i studentów zainteresowanych tą dziedziną. Wykładowi towarzyszą ćwiczenia rachunkowe (30 godzin).

Kurs poświęcony jest przedstawieniu podstawowej problematyki i metod optyki kwantowej i stanowi pierwszą część rocznego kursu, którego kontynuacją jest kurs Optyka kwantowa 2.

Wymagana jest znajomość mechaniki kwantowej i fizyki atomowej oraz klasycznej optyki w zakresie wykładanym na kursach tych przedmiotów. Pożyteczne (ale niekonieczne) byłoby wysłuchanie wykładu monograficznego "Oddziaływanie układów atomowych ze światłem".

- godziny realizowane z udziałem nauczyciela: 60 h

- czas poświęcony na pracę indywidualną potrzebny do pomyślnego zaliczenia przedmiotu: 45 h

- czas wymagany do przygotowania się i uczestnictwa w procesie oceniania: 45 h

- czas wymagany do odbycia obowiązkowych praktyk: 0 h

- posiada wiedzę w zakresie fizyki, w tym powiązanej z astronomią, oraz matematyki niezbędną do opisu oraz analizy zjawisk fizycznych z dziedziny optyki kwantowej (fizyka: K_W01 , astronomia: K_W01 )

- posiada pogłębioną wiedzę szczegółową z fizyki w zakresie współczesnej optyki kwantowej i atomowej oraz metody stosowane do ich opisu (fizyka: KW_04)

- posiada wiedzę o aktualnych kierunkach rozwoju optyki kwantowej (fizyka: KW_05)

- posiada pogłębioną wiedzę w zakresie zaawansowanej matematyki i metod

matematycznych, konieczną do rozwiązywania problemów w obszarze optyki (astronomia: KW_02)

- potrafi zastosować metodę naukową w rozwiązywaniu problemów i wnioskowaniu, w szczególności w zakresie optyki kwantowej (fizyka: K_U01)

- potrafi dokonać krytycznej analizy wyników obliczeń teoretycznych w zakresie optyki kwantowej wraz z oceną dokładności wyników (fizyka: K_U03)

- potrafi znajdować niezbędne informacje dotyczące wybranych zagadnień z zakresu optyki kwantowej w literaturze fachowej; potrafi odtworzyć tok rozumowania lub przebieg wybranych eksperymentów, w tym omawianych na zajęciach eksperymentów myślowych opisanych w literaturze z uwzględnieniem poczynionych założeń i przybliżeń (fizyka: K_U04, astronomia: K_U05)

- potrafi zaadaptować wiedzę i metody teoretyczne fizyki kwantowej i elektrodynamiki do rozwiązywania problemów w innych obszarach fizyki z astronomią (fizyka: K_U05)

- potrafi przedstawić wyniki obliczeń teoretycznych lub numerycznych, a także prowadzić krytyczne dyskusje w zakresie optyki kwantowej w formie pisemnej lub ustnej (fizyka: K_U06, astronomia: K_U06)

- potrafi skutecznie komunikować się ze zróżnicowanymi kręgami odbiorców w

zakresie problematyki optyki kwantowej (fizyka: K_U07)

- ma umiejętność posługiwania się fachowym językiem angielskim w zakresie optyki kwantowej (fizyka: K_U09, astronomia: K_U07)

- potrafi określić kierunki dalszego doskonalenia swojej wiedzy i umiejętności (w tym samokształcenia) w zakresie optyki kwantowej i tematów pokrewnych oraz

ukierunkowywać kształcenie innych, potrafi precyzyjnie formułować pytania, rozumie potrzebę dalszego kształcenia się (fizyka: K_U11, astronomia: K_U08)

- potrafi pracować indywidualnie i w zespole, w szczególności w zakresie rozwiązywania problemów w obszarze optyki kwantowej; rozumie konieczność systematycznej pracy, potrafi dotrzymywać terminów (fizyka: K_U12, astronomia: K_U09)

- zna ograniczenia własnej wiedzy w zakresie optyki kwantowej i rozumie potrzebę zasięgania opinii ekspertów w przypadku trudności z samodzielnym rozwiązaniem problemu (fizyka: K_K01, astronomia: K_K01)

Wykład konwencjonalny i ćwiczenia rachunkowe

- wykład informacyjny (konwencjonalny)
- wykład problemowy

- ćwiczeniowa

Celem kursu jest przekazanie podstawowej wiedzy:

- na temat problematyki współczesnych badań w optyce kwantowej i optyce atomowej,

- na temat podstawowych praw dotyczących kwantowej natury promieniowania i jej konsekwencji fizycznych oraz metod jej analizy i opisu teoretycznego,

- na temat wybranych zagadnień szczegółowych z tej dziedziny.

Kurs jest poświęcony wybranym zagadnieniom teoretycznego opisu kwantowych właściwości promieniowania elektromagnetycznego (światła) oraz oddziaływania układów atomowych z promieniowaniem laserowym i obejmuje następujące tematy :

1. Wstępne informacje nt. zjawisk kwantowych w promieniowaniu.

2.Kwantowy opis pola promieniowania.

3.Stany kwantowe pola (stany Focka, stany koherentne i ściśnięte pola elektromagnetycznego).

4. Podstawy detekcji fotonów, funkcje korelacji, efekty interferencyjne w kwantowej teorii światła.

5. Wybrane metody teoretycznego opisu oddziaływania atomów z polem elektromagnetycznym i podstawowe procesy fizyczne w oddziaływaniu.

6. Promieniowanie jako rezerwuar, równanie master dla atomu

7 .Optyczne równania Blocha.

8. Model atomu ubranego.

Uwaga: możliwa jest pewna modyfikacja i opcjonalny dobór tematyki w zależności od przygotowania, zainteresowań i preferencji studentów, którzy zapiszą się na wykład.

Ćwiczenia poświęcone są dyskusji wybranych uzupełniających i technicznych zagadnień związanych z tematyką kursu.

Istnieje (i jest dostępna w bibliotece IF) bogata literatura poświęcona problematyce optyki kwantowej oraz oddziaływania układów atomowych z promieniowaniem laserowym, które stanowić mogą uzupełnienie i rozszerzenie materiału wykładu, między innymi:

- C.C. Gerry, P. L. Knight, Optyka kwantowa.

- Fox, Quantum Optics.

- B. W. Shore, The Theory of Coherent Atomic Excitations (Wiley, 1991).

- C. Cohen-Tannoudji, J. Dupont-Roc, G. Grynberg, Atom-Photon Interactions (Wiley, 1993) , Photons and Atoms (Wiley 1989)

- M. O. Scully, M. S. Zubairy, Quantum Optics (Cambridge, 1997).

- G.S. Agarwal, Quantum Optics (Cambridge 2013).

- L. Allen, J. H. Eberly, K. Rzążewski, Rezonans optyczny (PWN, 1981).

- K. Shimoda, Wstęp do fizyki laserów (PWN, 1993).

- H. Haken, Światło (PWN, 1993).

Zaliczenie wykładu na podstawie egzaminu ustnego lub pisemnego.

Zaliczenie ćwiczeń na podstawie prac domowych i aktywności na zajęciach .

Kryteria oceniania: obowiązują te same progi punktowe dla zaliczenia ćwiczeń i wykładu:

>= 90% - 5.0

>= 80% - 4.5

>= 70% - 4.0

>= 60% - 3.5

>= 50% - 3.0

.

nie ma