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Humboldt-Universität zu Berlin - Mathematisch-Naturwissen­schaft­liche Fakultät - Modern Optics

Quantenoptik / Quantum Optics [P24.4.b,P35.1,P35.3]

Lehrender / Lecturer: Alejandro Saenz

                                          

Schedule

Wednesday, 9.15-10:45 o'clock:

Lecture / Exercises (Room NEW 15, 2'102)

Thursday, 11.15-12:45 o'clock:

Lecture / Exercises (Room NEW 15, 3'101)

 

News

The oral examinations (2nd block) take place on Wednesday, October 4, 2017. Please register for the exam as soon as possible, latest until September 27. (You can also cancel your registration, if necessary, by this date.) [Note also the e-mail sent to you about possible alternatives. If you did not receive it, please contact me immediately!]

The schedule for the presentations (07.06. and 21.06.17) is now available here.

 

Dates

 

Week

Lecture

Exercises

17.04.-21.04.17

Wednesday, 19.04.

(9:15-10:00 o'clock)

Thursday, 20.04.

(11:15-12:45 o'clock)

 

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24.04.-28.04.17

Wednesday, 26.04.

(9:15-10:45 o'clock)

Thursday, 27.04.

(11:15-12:45 o'clock)

 

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01.05.-05.05.17

Wednesday, 03.05.

(9:15-10:45 o'clock)

Thursday, 04.05.

(11:15-12:45 o'clock)

 

 

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08.05.-12.05.17

Wednesday, 10.05.

(9:15-10:45 o'clock)

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15.05.-19.05.17

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22.05.-26.05.17

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Thursday, 25.05.

(11:15-12:45 o'clock)

  Wednesday, 24.05.

(9:15-10:45 o'clock)

Solutions (1. Exercise)

 

29.05.-02.06.17

Wednesday, 31.05.

(9:15-10:45 o'clock)

Thursday, 01.06.

(11:15-12:45 o'clock)

 

 

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05.06.-09.06.17

Wednesday, 07.06.

(9:15-10:45 o'clock)

Thursday, 08.06.

(11:15-12:45 o'clock)

Wednesday, 07.06.

(11:30-... o'clock, room NEW15, 1'404):

Presentations (block I)

12.06.-16.06.17

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19.06.-23.06.17

Wednesday, 21.06.

(9:15-10:45 o'clock)

Thursday, 22.06.

(11:15-12:45 o'clock)

Wednesday, 21.06.

(11:30-... o'clock, room NEW15, 1'404):

Presentations (block II)

26.06.-30.06.17

Wednesday, 28.06.

(9:15-10:45 o'clock)

Thursday, 29.06.

(11:15-12:45 o'clock)

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Material:

 

04.05.2017

List of topics (for presentation)

Exercise sheet 1

 

26.05.2017

Presentations (with dates)

   

 

Kursinformation / Course content (see below)

Das Gebiet der Quantenoptik umfaßt traditionell die Eigenschaften von elektromagnetischer Strahlung und durch sie induzierter Prozesse, bei denen der Quantencharakter dominiert, wird aber heutzutage deutlich breiter verstanden. Neben den Quanteneigenschaften des Lichts (und z.B. dem Verständnis von Lasern und kohärenten Lichtzuständen) sowie der Wechselwirkung von Photonen miteinander (Interferometrie) steht dabei insbesondere die Licht-Materie-Wechselwirkung im Vordergrund, vor allem die mit einzelnen Atomen. Eines der Highlights der Quantenoptik ist dabei die Laserkühlung, die schließlich zu der Bose-Einstein-Kondensation in verdünnten atomaren Gasen geführt hat. Die Bedeutung dieser Fortschritte war so groß, dass die beiden Effekte jeweils separat mit Nobelpreisen ausgezeichnet wurden, und das schon wenige Jahre nach ihrer Entdeckung. Die atomaren Bose-Einstein-Kondensate, die makroskopische Vielteilchenquantensysteme darstellen und extrem variabel und kontrollierbar sind, sowie die aus ihnen hergestellten ``Atomlaser'' sind ein Beispiel für das unter Atomoptik firmierende Untergebiet der Quantenoptik. Durch moderne quantenoptische Experimente wurde es zudem möglich, die Gesetze der Quantenmechanik und ihre Konsequenzen in vorher nie gekannter Weise zu testen. Dies führt dann auch zu einem weiteren spannenden neuen Forschungsgebiet, der Quanteninformation.

 

Inhaltsübersicht:

Grundlagen der Quantenoptik (kurze Wiederholung)

Quasiwahrscheinlichkeitsverteilungen (Wigner, Husimi, Glauber-Sudarshan)

Quantenoptische 3-Niveausysteme (elektromagnetisch-induzierte Transparenz, langsames Licht etc.)

System-Reservoir-Wechselwirkung (Markov-Näherung, Wigner-Weisskopf-Theorie, Langevin-Gleichung, Fluktuations-Dissipationstheorem)

Quantenelektrodynamik in Kavitäten

Lasertheorie (semiklassische und voll quantisierte Beschreibung)

Quantenoptische Tests der Quantenmechanik

Grundzüge der Atomoptik (kohärente Materiewellen)

Physik der ultrakalten Quantengase (in Fallen oder optischen Gittern)

 

Overview:

Basic elements of quantum optics (brief reminder)

Quasi-pobability distributions (Wigner, Husimi, Glauber-Sudarshan)

Quantum-optical 3-level systems (electromagnetically induced transparency, slow light, etc.)

System-reservoir interaction (Markov approximation, Wigner-Weisskopf theory, Langevin equation, fluctuation-dissipation theorem)

Cavity quantum electrodynamics

Laser theory (semiclassical and quantum descriptions)

Quantum-optical tests of quantum mechanics

Fundamentals of atom optics (coherent matter waves)

Physics of ultracold quantum gases (in traps or optical lattices)

 

 

Literature (small selection):

M. Orszag, Quantum Optics, Springer (2000).

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

P. Lambropoulos, D. Petrosyan, Fundamentals of Quantum Optics and Quantum Information, Springer (2007)

P. Meystre, Atom Optics,Springer (2001)