Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

prowadzący: Jacek Szczytko, Wojciech Wasilewski

Zasady:

  • Wykład
  • Ćwiczenia rozszerzające lub ilustrujące
  • Obowiazkowe prace domowe
  • Egzamin
  • Zasady zaliczania: 30% zadania domowe, 30% egz. pisemny, 40% egz. ustny

Program

  1. Atom 2-poziomowy: Hamiltonian dipolowy, oscylacje Rabiego,
  2. Relaksacja w przestrzeni rozszerzonej
  3. r-rnia Blocha, klasyczna emisja atomu, r-rnia kinetyczne, echo fotonowe
  4. Rachunek zaburzeń: atom ze spinem i jądrem, polaryzacja nieliniowa, eliminacja adiabatyczna
  5. Kwantowanie pola E-M, kilka fotonow,
  6. Spójność - macierz gęstości
  7. Emisja spontaniczna
  8. Efekty kolektywne, spowalnianie światła
  9. Komputer kwantowy na jonach
  10. BEC

Literatura

  • http://lukin.physics.harvard.edu/teaching.htm Physics 285b. Modern Atomic and Optical Physics II
  • Rezonans optyczny / L. Allen, J. H. Eberly, K. Rzążewski ; [z jęz. ang. tł. oraz uzup. paragrafem 7,6 i rozdziałami 10, 11 Kazimierz Rzążewski]
  • Mechanika kwantowa : teoria nierelatywistyczna / L. D. Landau, E. M. Lifszic
  • Nonlinear optics / Robert W. Boyd.

Wykład 1

Klasyczny model współczynnika załamania. slajdy pdf

Wykład 2

Atom ze spinem i jądrem

  1. Sprzężenie spin-orbita, struktura nadsubtelna
  2. Efekt Zeemana, moment dipolowy
Atom 2-poziomowy
  1. Atom 2-poziomowy: Hamiltonian dipolowy,
  2. sfera Blocha, oscylacje Rabiego
  3. atom jako antena
http://psi.fuw.edu.pl/pub/Main/WdOiFMS/WdO12-2.pdf
Zadania domowe:
  1. Rozpisać F=0
  2. Wypisać Hamiltonian dipolowy (s.14) w obrazie oddziaływania dobranym tak, aby znikała (a) energia swobodnego atomu (b) zależność zaburzenia od czasu.
  3. Wyprowadzić równania Blocha bez tłumienia z Hamiltonianu 1(b) (rzeczywiście brakowało 1/2 na wykładzie)
Polecam http://en.wikipedia.org/wiki/Interaction_picture

Wykład 3

Atom 2-poziomowy, C.D.

  1. Relaksacja
  2. r-rnia Blocha, klasyczna emisja atomu, r-rnia kinetyczne, echo fotonowe
  3. rachunek zaburzeń: atom ze spinem i jądrem, AC stark
  4. polaryzacja nieliniowa, eliminacja adiabatyczna
http://psi.fuw.edu.pl/pub/Main/WdOiFMS/WdO3-12.pdf
Zadania domowe:

wybierz 3 spośród: slajd 18, 24, 31 ,37

Wykład 4

  1. Efekty wielofotonowe i polaryzacja nieliniowa
  2. Spowalnianie i zatrzymywanie światła
  3. Kwantowanie pola E-M: stany koherentne, pole elektryczne
http://psi.fuw.edu.pl/pub/Main/WdOiFMS/WdO4-12.pdf

Zadanie domowe: ostatni slajd

Wykład 5

  1. Kwantowanie pola E-M, pole E
  2. Detekcja
  3. Interferencja
  4. Podział częstości
http://psi.fuw.edu.pl/pub/Main/WdOiFMS/WdO5-12.pdf

Zadania domowe: http://psi.fuw.edu.pl/pub/Main/WdOiFMS/WDO5-12-ZD.pdf

Wykład 6

  1. Parametryczny podział częstości: stany ściśnięte
  2. Atom w kwantowym polu: emisja spontaniczna
http://psi.fuw.edu.pl/pub/Main/WdOiFMS/WdO6-12.pdf

Zadanie domowe: Znajdź ewolucję łaczną atomu i sprzężonego z nim pojedynczego modu promieniowania w obrazie Schoedingera, jesli na początku atom był w stanie wzbudzonym a pole w stanie 0. Na początek zastanów sie, jaki sektor całej przestrzeni Hilberta może pokrywać taka ewolucja - tzn. które wektory bazowe trzeba brać pod uwagę w rozwinieciu stanu w dowolnej chwili czasu - jeśli bierzemy pod uwagę jedynie procesy zachowujące całkowitą energię. Hamiltonian zapisz za pomocą 3 częstości charakteryzujących układ i za ich pomocą wyraź rozwiązanie (tzn. nie trzeba szukać wyrażeń na te częstotliwości).

Wyniki zadań domowych

Archiwum 2011

Wykład 3

  1. Kwantowanie pola E-M: stany koherentne, pole elektryczne
  2. Parametryczny podział częstości
http://psi.fuw.edu.pl/pub/Main/WdOiFMS/WdO3.pdf

Zadanie domowe: http://psi.fuw.edu.pl/pub/Main/WdOiFMS/WdO3-ZD.pdf

Wykład 4

  1. Stan ściśnięty
  2. Wielomodowe stany pola
  3. Detekcja i interferencja kwantowa
  4. Zlokalizowane stany pola
  5. Emisja spontaniczna
http://psi.fuw.edu.pl/pub/Main/WdOiFMS/WdO4.pdf

Zadanie domowe: http://psi.fuw.edu.pl/pub/Main/WdOiFMS/WdO4-ZD.pdf

Uwagi:

w zadaniu 1 i 2 przyjmij że pole drga w kierunku osi x, tzn. bierzemy w sumowaniu jedna polaryzacje $\lambda=1$ i $e_{k,1}=e_x$. Przy liczeniu kwadratu pola pomiń rozbieżny wkład do całki od członu $aa^\dagger$.

We wzorze na $\alpha_k(t=0)$ występuje parametr $w$ który oznacza szerokość wiazki, oraz $\omega_0$ ktore jest jej częstością średnią.

zadania nr 3 są do wyboru - rozwiaż które wolisz. Zadanie 4 jest warte 6pkt i nie jest obowiazkowe.

Wykład 5

  1. Fale spinowe
  2. Spowalnianie i zatrzymywanie światła
  3. Komputer kwantowy na jonach
http://psi.fuw.edu.pl/pub/Main/WdOiFMS/WdO5.pdf

Zadania domowe na slajdzie 21.

Wykład 6

Cząsteczki

Wykład 8

Wykład 9

Wykład 10

Wykład 11

Wykład 12

Wykład 13

---++ Egzamin

Egzamin pisemny:
Egzamin ustny:

Zagadnienia na ustny

W ramach I części wykładu:

dst:

  1. obliczyc sredni moment dipolowy w dowolnym stanie czystym atomu dwupoziomowego majac dany <0|r|1>. Jak z <0|r|1> odczytac polaryzacje emitowanego promieniowania?
db:
  1. Omówić dst-1 i zaznaczyć stany na sferze Blocha, rozpoznać współrzędne proporcjonalna do momentu dipolowego. Skonstruować stan mieszany o zerowym momencie dipolowym i zaznaczyć go na sferze.
  2. Co to jest jeden foton? Czy można jakoś wytworzyć taki obiekt?
bdb:
  1. Skonstruować dowolny zlokalizowany w przestrzeni stan jednofotonowy. Jak przewidziec ewolucje tego stanu?
  2. Zapisac hamiltonian ukladu 3-poziomowego (poziomy 0,1,2) w obrazie Schroedingera, biorac pod uwage sprzezenie dipolowe 0-2 i 1-2. Czy te sprzezenia moga byc niezalezne? Zapisac równania Heisenberga na amplitudy poszczególnych stanów i omówic transformacje jakim ulegaja przy przechodzeniu do ukladu wirujacego z polem (polami) optycznymi.
  3. Emisja spontaniczna. W jakim kierunku i jak szybko emitowane są fotony? (dowolną metodą).
W ramach II części wykładu:

Optyka klasyczna:

  1. Klasyczny model wspólczynnika zalamania. Od czego zalezy poszerzenie linii emisyjnych i absorpcyjnych? Mechanizmy poszerzenia linii widmowych (przyklady).
  2. Czestosc plazmowa, odbicie plazmowe. Wlasnosci optyczne metali i pólprzewodników o duzej koncentracji nosników.
Czasteczki i molekuły:
  1. Rodzaje wiazan chemicznych, przyklady. Metoda orbitali molekularnych (LCAO) w prostych czasteczkach. Hybrydyzacja.
  2. Przejscia optyczne w czasteczkach. Widma elektronowo-oscylacyjno-rotacyjne czasteczek. Przyblizenie Borna-Oppeinheimera, regula Francka-Condona. Potencjal Morse'a i potencjal Lennarda-Jonesa, dysocjacja czasteczek.
Materia skondensowana:
  1. Opis krysztalu, symetrie i sieci Bravais. Rozpraszanie rentgenowskie na krysztale.
  2. Model Drudego przewodnictwa pradu. Pojecie ruchliwosci, predkosci unoszenia, sredniej drogi swobodnej itp. Interpretacja kwantowo-mechaniczna.
  3. Potencjal periodyczny i twierdzenie Blocha. Strefy Brillouina.
  4. Struktura pasmowa cial stalych. Przyblizenie kp. Masa efektywna.
  5. Elektrony i dziury w ciele stalym. Rozklad Fermiego-Diraca. Gestosc stanów, koncentracja, poziom Fermiego. Domieszki (akceptory i donory).
  6. Przerwa energetyczna i wlasciwosci cial stalych z niej wynikajace (optyczne i transportowe).
  7. Pólprzewodnikowe struktury niskowymiarowe. Gestosc stanów w tych strukturach. Sposoby otrzymywania (przyklady).
Attachments Attachments
Topic attachments
I Attachment Action Size Date Who Comment
PDFpdf WDO5-12-ZD.pdf manage 124.6 K 2012-03-15 - 19:05 WojciechWasilewski wykład 5 WW 2012 Zadania
PDFpdf WdO12-2.pdf manage 462.1 K 2012-02-26 - 11:41 WojciechWasilewski Wykład 2 (WW), 23.II.2012
PDFpdf WdO2-ZD.pdf manage 86.0 K 2011-02-27 - 15:06 WojciechWasilewski  
PDFpdf WdO2.pdf manage 563.0 K 2011-02-27 - 14:57 WojciechWasilewski  
PDFpdf WdO3-12.pdf manage 183.8 K 2012-03-01 - 16:53 WojciechWasilewski wykład 3 WW 2012
PDFpdf WdO3-ZD.pdf manage 71.9 K 2011-03-01 - 12:03 WojciechWasilewski  
PDFpdf WdO3.pdf manage 527.5 K 2011-03-01 - 12:04 WojciechWasilewski  
PDFpdf WdO4-12.pdf manage 454.6 K 2012-03-09 - 11:08 WojciechWasilewski wykład 4 WW 2012
PDFpdf WdO4-ZD.pdf manage 152.3 K 2011-03-08 - 11:37 WojciechWasilewski  
PDFpdf WdO4.pdf manage 546.9 K 2011-03-08 - 11:37 WojciechWasilewski  
PDFpdf WdO5-12.pdf manage 701.9 K 2012-03-15 - 18:40 WojciechWasilewski Wykład 5 WW 2012
PDFpdf WdO5.pdf manage 2294.9 K 2011-03-15 - 10:40 WojciechWasilewski  
PDFpdf WdO6-12.pdf manage 517.5 K 2012-03-23 - 21:25 WojciechWasilewski wykład 6 WW 2012
PDFpdf WdO7.pdf manage 1410.2 K 2011-03-29 - 09:34 WojciechWasilewski  
PDFpdf WdOiFMS1.pdf manage 388.7 K 2011-02-15 - 10:33 WojciechWasilewski  
PDFpdf WdOiFMS_Cwiczenia_3a.pdf manage 118.6 K 2012-02-16 - 16:10 WojciechWasilewski ćwiczenia i zadania: część J.S.
PDFpdf WdOiFMS_Cwiczenia_4.pdf manage 58.1 K 2012-02-16 - 16:10 WojciechWasilewski ćwiczenia i zadania: część J.S.
PDFpdf WdOiFMS_Cwiczenia_5.pdf manage 37.7 K 2012-02-16 - 16:10 WojciechWasilewski ćwiczenia i zadania: część J.S.
PDFpdf WdOiFMS_Cwiczenia_6.pdf manage 48.6 K 2012-02-16 - 16:10 WojciechWasilewski ćwiczenia i zadania: część J.S.
PDFpdf WdOiFMS_Cwiczenia_7.pdf manage 187.2 K 2012-02-16 - 16:10 WojciechWasilewski ćwiczenia i zadania: część J.S.
PDFpdf WdOiFMS_Praca_domowa.pdf manage 57.2 K 2012-02-16 - 16:10 WojciechWasilewski ćwiczenia i zadania: część J.S.
PDFpdf WdOiFMS_Zadania6_print.pdf manage 164.1 K 2012-02-16 - 16:10 WojciechWasilewski ćwiczenia i zadania: część J.S.
PDFpdf Wyklad_10_Pasma.pdf manage 6049.0 K 2012-02-16 - 16:17 WojciechWasilewski wykłady: część J.S.
PDFpdf Wyklad_11_ELektrony_i_dziury.pdf manage 3931.6 K 2012-02-16 - 16:17 WojciechWasilewski wykłady: część J.S.
PDFpdf Wyklad_12_Polprzewodniki_print.pdf manage 2933.6 K 2012-02-16 - 16:17 WojciechWasilewski wykłady: część J.S.
PDFpdf Wyklad_13_Nanotechnologia_print.pdf manage 10851.9 K 2012-02-16 - 16:17 WojciechWasilewski wykłady: część J.S.
PDFpdf Wyklad_6b_Optyka-powtorzenie.pdf manage 2031.7 K 2012-02-16 - 16:16 WojciechWasilewski wykłady: część J.S.
PDFpdf Wyklad_7_Wiazania_chemiczne_i_czasteczki.pdf manage 10340.5 K 2012-02-16 - 16:16 WojciechWasilewski wykłady: część J.S.
PDFpdf Wyklad_8_Oscylacje_rotacje.pdf manage 4369.7 K 2012-02-16 - 16:17 WojciechWasilewski wykłady: część J.S.
PDFpdf Wyklad_9_Cialo_Stale_print.pdf manage 8262.2 K 2012-02-16 - 16:17 WojciechWasilewski wykłady: część J.S.
Unknown file formatnb antenna.nb manage 17.5 K 2011-02-14 - 16:56 WojciechWasilewski  
Topic revision: r46 - 2012-03-23 - 21:39:56 - WojciechWasilewski
 
This site is powered by the TWiki collaboration platformCopyright © by the contributing authors. All material on this collaboration platform is the property of the contributing authors.
Ideas, requests, problems regarding TWiki? Send feedback