OTTICA QUANTISTICA

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


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.


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

 *ArgomentiRiferimenti 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 
* Conoscenze minime irrinunciabili per il superamento dell'esame.

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


PROVE IN ITINERE

nessuna


PROVE DI FINE CORSO

nessuna


ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

non disponibili



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