Quantumoptica en lasers

Quantum Optics and Lasers

Studiewijzer 2017/2018

Globale inhoud

De klassieke optica die in het eerste jaar is behandeld was vooral was gericht op de golfeigenschappen van licht. In dit vak gaan we verder en beschrijven we coherentie-eigenschappen van licht. Vervolgens komt de quantummechanische beschrijving van licht als een bundel deeltjes zonder massa (fotonen) aan de orde, het vakgebied van de quantumoptica. De werking van lasers wordt behandeld aan de hand van een model gebaseerd op de Einstein A- en B- coëfficiënten. De interactie van licht met atomen wordt beschreven gebaseerd op de quantummechanica van een twee-niveau systeem gekoppeld door een resonant stralingveld. Enkele klassieke experimenten/technieken komen ook aan de orde: optische coherentietomografie (OCT), de stellaire interferometer en het Hanbury Brown Twiss experiment (interferometrische bepaling van de diameter van sterren), fotonenruis in detectie (o.a. van zwaartekrachtgolven) en het laserkoelen van een gas tot een miljoenste graad boven het absolute nulpunt.

Studiemateriaal

Literatuur

• M. Fox, ‘Quantum Optics: 'An Introduction’, Oxford University Press, 2006.

• E. Hecht, 'Optics', vierde internationale editie

Overig

• Powerpoint slides van het hoorcollege.

Leerdoelen

De student moet:

1. Begrijpen wat ruimtelijke- en tijd-coherentie inhouden en deze concepten kunnen toepassen.
2. De principes van laserwerking kunnen uitleggen met een ‘rate equations’ model op basis van de Einsteincoëfficiënten en begrip hebben van de eigenschappen van laserlicht (intensiteit, frequentie, bandbreedte, bundelgrootte en divergentie).
3. Concepten uit de quantumoptica zoals fotonen, fotonenruis, tweede-orde coherentie, fotonen ‘bunching’ en ‘antibunching’, ‘squeezed’ licht kunnen uitleggen en daar elementaire berekeningen mee uitvoeren.
4. De quantummechanica van resonante licht-atoominteractie begrijpen en kunnen toepassen. Daarbij de relatie kunnen leggen tussen dit model en het ‘rate equations’ model en de Einstein coëfficiënten. Concepten als de Bloch ‘sphere’ en laserkoeling van atomaire gassen kunnen uitleggen en daarmee elementaire berekeningen kunnen uitvoeren.
5. Enkele klassieke experimenten uit de moderne (quantum)optica begrijpen en kunnen uitleggen. De werking van enkele lasers en niet-lineaire conversie van straling van één golflengte naar een andere (o.a. frequentieverdubbeling) begrijpen en kunnen uitleggen.

Onderwijsvormen

• Hoorcollege
• Werkcollege

Verdeling leeractiviteiten

Aanwezigheid

Aanwezigheidseisen opleiding (OER-B):

• Van elke student wordt actieve deelname verwacht aan het onderwijsonderdeel waarvoor hij staat ingeschreven. Een student die de eerste twee werkcolleges van een lesblok geen gebruik maakt van de werkcolleges, zal administratief uit de werkcollegegroep verwijderd worden. Een verzoek opnieuw ingeschreven te worden bij de werkcolleges kan ingediend worden bij de opleidingscoördinator.
• Als een student door overmacht niet aanwezig kan zijn bij een verplicht onderdeel van het onderdeel, dient hij dit zo snel mogelijk schriftelijk te melden bij de betreffende docent. De docent kan, eventueel na overleg met de studieadviseur, besluiten om de student een vervangende opdracht op te leggen.
• Het is niet toegestaan om verplichte onderdelen van een onderdeel te missen als er geen sprake is van overmacht.
• Bij kwalitatief of kwantitatief onvoldoende deelname, kan de examinator de student uitsluiten van verdere deelname aan het onderdeel of een gedeelte daarvan. Voorwaarden voor voldoende deelname worden van te voren vastgelegd in de studiewijzer.
• Ter uitbreiding van de bovenstaande regels geldt in het eerste semester van het eerste jaar dat een student bij minimaal 80% van de werkcolleges aanwezig dient te zijn. Bovendien moet worden deelgenomen aan eventuele tussentoetsen en verplicht gesteld huiswerk. Als niet aan deze verplichting is voldaan, wordt de student uitgesloten voor de herkansing van het bijbehorende vak. Studenten in het Dubbele Bachelor programma Wis- en Natuurkunde zijn vrijgesteld van deze plicht.

Toetsing

Fraude en plagiaat

Dit vak hanteert de algemene 'Fraude- en plagiaatregeling' van de UvA. Hier wordt nauwkeurig op gecontroleerd. Bij verdenking van fraude of plagiaat wordt de examencommissie van de opleiding ingeschakeld. Zie de Fraude- en plagiaatregeling van de UvA: www.uva.nl/plagiaat

Weekplanning

Rooster

Het rooster van dit vak is in te zien op DataNose.

Aanvullende informatie

Aanbevolen voorkennis: Trillingen, golven en optica, Quantumfysica 1 en 2.

Contactinformatie

Coördinator

• Wim Vassen