Fakultät für Physik
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A: Quantenoptik – Inhalt

Inhalt der Vorlesung

In modernen quantenoptischen Experimenten kann die Quantennatur von
Licht und Materie anschaulich und direkt untersucht werden. Atome
und Photonen dienen als Modellsysteme, mit denen viele der
faszinierenden "Gedankenexperimente" der Quantenmechanik mittlerweile im
Labor realisiert werden. Ausgefeilte experimentelle Techniken
ermöglichen Messungen höchster Präzision und neue Anwendungen in der
Quanteninformationsverarbeitung. Experiment und theoretische Forschung
gehen dabei oft Hand in Hand.

Diese Vorlesung gibt eine Einführung in die Quantenoptik. Schwerpunkt
liegt dabei auf den grundlegenden Phänomenen und der Erarbeitung des
theoretischen Handwerkszeugs, ergänzt und veranschaulicht durch
experimentelle Ergebnisse und Fragestellungen. Ziel ist es, das nötige
Wissen für einen Einstieg in die aktuelle Forschung auf diesem Gebiet zu
vermitteln.

Themen

  1. Von der Strahlenoptik zur Wellenoptik
  2. Gaußsche Strahlen
  3. Optische Resonatoren
  4. Quantisierter harmonischer Oszillator, Fockzustände
  5. Kohärente Zustände
  6. Quantisierung des elektromagnetischen Feldes
  7. Quadraturkomponenten, Squeezing (gequetschtes Licht)
  8. Erzeugung von thermischen, kohärenten, gequetschten, und Fockzuständen
  9. Interferenz, Kohärenz und Korrelationsfunktionen
  10. Semiklassische Atom-Licht-Wechselwirkung, optische Blochgleichungen
  11. Quantisierte Atom-Licht-Wechselwirkung: Jaynes-Cummings-Modell
  12. Effekte des Vakuums: Spontane Emission, Lamb-Verschiebung, Casimir-Kraft
  13. Experimente der Resonator-Quantenelektrodynamik
  14. Quanten-Atomoptik von Bosonen und Fermionen
  15. Verschränkung, EPR-Paradoxon, Bellsche Ungleichung
  16. Quanteninformation

Literatur

Quantenoptik allgemein:
  • Quantum Optics, M.O. Scully & M.S. Zubairy, Cambridge University Press 1997
  • Quantum Optics, D.F. Walls & G.J. Milburn, 2nd edition, Springer 2008
  • Elements of Quantum Optics, P. Meystre & M. Sargent III, Springer 1990
  • The Quantum Theory of Light, R. Loudon, Oxford University Press 2000
  • Quantum Optics in Phase Space, W.P. Schleich, Wiley-VCH 2001
Wellenoptik, Gaußsche Strahlen, Resonatoren:
  • Lasers, Siegman, University Science Books 1986
  • Laser Electronics, Verdeyen, Prentice Hall 1981
  • Quantum Electronics, A. Yariv, Wiley & Sons 1988
  • Fundamentals of Photonics, B.E.A. Saleh & M.C. Teich, Wiley & Sons 1991
Atom-Licht-Wechselwirkung:
  • Laser Cooling and Trapping, H.J. Metcalf & P. van der Straten, Springer 1999
  • Atom-Photon-Interactions, C. Cohen-Tannoudji, J. Dupont-Roc & G. Grynberg, Wiley & Sons 1992