Целью данного курса является знакомство студентов с основными понятиями квантовой оптики и рассмотрение базовых задач. Мы подробно изучим эффекты, связанные с квантовой природа света, рассмотрим механизм взаимодействия света с веществом, а также узнаем как это взаимодействие может быть усилено с помощью микро- и нанорезонаторов. В курсе будут представлены не только основные теоретические модели, но также и ключевые экспериментальные методы.
Part I. Light-matter interaction: semiclassical approach
- Two-level system in a light field. Rabi oscillations
- Density matrix: from general properties to a twolevel system
- Light interaction with a three level-system
Part II. Quantum properties of light
- Secondary quantization of electromagnetic field
- Fock states and coherent states
- Quantum noise and squeezed states
- Coherence of light and photon detection
Part III. Light-matter interaction: fully quantum picture
- Two-level system in a quantized field
- Jaynes-Cummings model: polaritons
- Spontaneous relaxation: Weiskopf-Wigner model
- Local density of states and Purcell effect
- Optical cavities
- Field fluctuations and Langevin equation
- Quantum theory of relaxation. Lindblad equation
- Atom in a cavity. Weak and strong coupling regime
Additional topics
- Quantum entanglement. Bell inequality.
- Laser cooling and ultra-cold atoms
- Fluctuations driven optical forces
- Local field operators. Quantization of light in lossy and dispersive media
Часть I. Взаимодействие света с веществом: полуклассический подход.
- Двухуровневая система в поле световой волны.
- Матрица плотности: от общих свойств до двухуровневой системы.
- Взаимодействие света с трехуровневой системой.
Часть II. Квантовая природа света.
- Вторичное квантование электромагнитного поля.
- Фоковские и когерентные состояния света.
- Квантовый шум и сжатые состояния.
- Когерентность света и детектирование фотонов.
Часть III. Взаимодействие света с веществом: квантовая картина.
- Двухуровневая система в квантованном поле.
- Модель Джейнса-Каммингса. Поляритоны.
- Спонтанная релаксация поля: модель Вайскопфа-Вигнера.
- Локальная плотность фотонных состояний и эффект Парселла.
- Оптические резонаторы.
- Флуктуации поля и уравнения Ланжевена.
- Квантовая теория релаксации. Уравнение Линдблада.
- Атом в резонаторе с потерями: сильная и слабая связь
Дополнительные темы.
- Квантовое запутывание.
- Неравенства Белла.
- Лазерное охлаждение и ультрахолодные атомы.
- Оптические силы связанные с флуктуациями поля.
- Локальные операторы поля. Квантование света в среде с дисперсией и потерями.