QUANTUM OPTICS

FIS/02 - 6 CFU - 2° semestre

Docente titolare dell'insegnamento

GIOVANNI PICCITTO

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

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

Lezioni frontali

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. 3) P.R. Berman e V.S.Malinovsky, Principles of laser spectroscopy and quantum optics, Princeton University Press.

Altro materiale didattico

Ulteriore materiale didattico "personalizzato" verrà fornito a richiesta. La copia delle lezioni alla lavagna si può scaricare da Studium.

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

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

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