Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

prowadzący: Mateusz Goryca, Wojciech Wasilewski

Zasady:

• 6 tygodni zajęć O + 7 tygodni FCS
• Ćwiczenia rozszerzające lub ilustrujące
• Obowiązkowe prace domowe (zamiast kolokwiów, dopuszczają do egzaminu)
• Egzamin pisemy + ustny: pytania z listy oraz zadania domowe - trzymać!
• Zasady zaliczania: 30% zadania domowe, 30% egz. pisemny, 40% egz. ustny
• Zaliczenie samego wykładu na postawie obecności i (>db) zadań domowych oraz (>db+) odpowiedzi.
• Ocena końcowa: średnie O i FMS

Program części "O"

1. Pole E-M: przypomnienie i rozszerzenie, uśrednianie po zespole i spójność
2. Funkcja Wignera
3. Kwantowe pole E-M. Interferencja "kwantowa", parametryczny podział częstości
4. Atom izolowany w klasycznym polu, polaryzacja
5. Atom w polu kwantowym
6. Efekty nieliniowe - wielofotonowe, spowalnianie i zatrzymywanie światła
7. Cząsteczki - poziomy energetyczne i przejścia

Literatura

• 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

• Opis fal elektromagnetycznych: spójność, interferencja
• Funkcja Wignera dla światła
• Pojęcie modu na przykładach: płytka 50/50, impuls gaussowski

Zadanie domowe: widmo lasera z losowo zaburzoną fazą slajd 16

• uzasadnić toższamość nateżenia widmowego I(ω) z transformatą funkcji korelacji G_1 (dla dowolnego G_1)
• wyliczyć G_1 - uzasadnić wynik ze slajdu 12 a w szczególności znaleźć postać P(k,τ). t_c jest średnim czasem między przeskokami.
• wyliczyć nateżenia widmowe światła zaburzonego I'(ω)

WdO15L1a.pdf

WdO15L1b.pdf

Wykład 2

• Kwantowanie pola
• Podstawowe stany
• Detekcja homodynowa
• Interferencja
• SPDC

Zadanie domowe: oblicz jak przekształca się funkcja Wignera przy pełnym obiegu rezonatora oraz zaproponuj funckje, która się nie zmienia- slajd 31

WdO15L2.pdf

Wykład 3

• Atom
• Atom 2 poziomowy w polu fali E-M

WdO15L3.pdf

Wykład 4

• Model Jaynesa–Cummingsa
• Relaksacja i niespójne oddziaływanie z polem
• Spowalnienie i zatrzymywanie światła

WdO15L4.pdf

Wykład 5

• Eliminacja adiabatyczna
• Procesy nieliniowe
• Chłodzenie i pułapkowanie, BEC, pułpka jonowa
• Emisja spontaniczna

WdO15L5.pdf

Wykład 6

• Cząsteczki

WdO15LCz.pdf

Wykład 7

Wykład: WdFMS15_W7.pdf

Ćwiczenia i zadania domowe: WdFMS15_C7.pdf

Wykład 8

Wykład: WdFMS15_W8.pdf

Ćwiczenia i zadania domowe: WdFMS15_C8.pdf

Wykład 9

Wykład: WdFMS15_W9.pdf

Ćwiczenia i zadania domowe: WdFMS15_C9.pdf

Wykład 10

Wykład: WdFMS15_W10.pdf

Ćwiczenia i zadania domowe: WdFMS15_C10.pdf

Wykład 11

Wykład: WdFMS15_W11.pdf

Ćwiczenia i zadania domowe: WdFMS15_C11.pdf

Wykład 12

Wykład: WdFMS15_W12.pdf

Ćwiczenia i zadania domowe: WdFMS15_C12.pdf

Wykład 13

Wykład: WdFMS15_W13.pdf

Zadania domowe i egzamin

Ustny

część "O" - można sie spodziewać pytań o zadania domowe i zadania z egzaminu oraz:

dst:

1. obliczyć średni moment dipolowy w dowolnym stanie czystym atomu dwupoziomowego mając dany <0|r|1>. Jak z <0|r|1> odczytać polaryzacje emitowanego promieniowania? Zaznaczyć stany na sferze Blocha, rozpoznać współrzędne proporcjonalna do momentu dipolowego. Skonstruować stan mieszany o zerowym momencie dipolowym i zaznaczyć go na sferze.

db:

1. Co to jest jeden foton? Czy można jakoś wytworzyć taki obiekt? Jaka jest jego energia?
2. Oscylacje Rabiego
3. Energia i stany własne cząsteczki dwuatomowej

bdb:

1. Skonstruować dowolny zlokalizowany w przestrzeni stan jednofotonowy. Jak przewidzieć ewolucje tego stanu?
2. Omówić przestrzenną interferencję 2 fotonów. (wykład 2, slajdy "Przykład: interferencja 2 fotonów" oraz "interferencja 2002" oraz jako podstawa "Przykład: zwykła interferencja") Wyjaśnić jakiego rodzaju wzory interferencyjne można obserwować, kiedy i od jakiego rodzaju fazy są zależne.
3. Omówić zasadę działania pułapki dipolowej, tzn. streścić wyprowadzenie z naciskiem na uzasadnienie dla jakich częstości lasera będzie to rzeczywiście pułapka a dla jakich laser będzie odpychał atomy.
4. Emisja spontaniczna. W jakim kierunku i jak szybko emitowane są fotony? (dowolną metodą).
5. Wyjaśnić co to jest stan ciemy atomu 3-poziomowego

-- WojciechWasilewski - 2015-10-06