Physikalisches Wahlfach: Quantenoptik (PW)5 ECTS
(englische Bezeichnung: Elective Course in Physics: Quantum Optics)
(Prüfungsordnungsmodul: Weitere Module aus dem Wahlpflichtbereich I)

Lectures:

• • Quantenoptik
    (Vorlesung, 2 SWS, Gerd Leuchs et al., Mon, 8:00 - 10:00, SR 00.732; nach Vereinbarung; Preliminary meeting: 13.4.2015, 10:00 Uhr)
  • Übung zur Vorlesung "Quantenoptik"
    (Übung, 2 SWS, Gerd Leuchs et al., Tue, 8:00 - 10:00, SR 00.732; nach Vereinbarung)

Inhalt:

• Optik vs. Quantenoptik: Maxwell Gleichungen mit Randbedingungen bestimmen räumliche Modenstruktur. Feldquantisierung: der Zustand einer Mode. Unschärfe, Korrelationen, Verschränkung, harmonischer Oszillator.

• Wignerfunktion: Phasenraum, Bestimmung von Momenten

• Quantenzustände des Lichtfelds: Photonenstatistik von: Fock-Zustand, kohärenter Zustand, thermischer Zustand. <n>, <n²>. bei gemischten Zuständen Spur{rho.n}. Spur{rho²}=1 -> reiner Zustand

• Bogoliubov Transformationen: Abschwächung, Signal und Hilfsmode … , Verstärkung, Rauschzahl, Phasenkonjugation <-> Zeitumkehr, Quetschen

• Quellen: Laser, optischer Verstärker: Verstärkung durch stimulierte Emission (Einstein Koeffizienten), Ratengleichungen, Laser Resonator, Stabilität, Linienbreite leerer Resonator, Phasendiffusionsmodell.

• Lineare optische Bauelemente: Strahlteiler, Polarisationsdrehung, Modenkoppler, vollständig destruktiver Verstärker aus Bauteilen der linearen Optik mit Vorwärtskopplung

• Nicht-lineare Wechselwirkung und Photonenstatistik: Nicht-lineare Optik: zweite und dritte Ordnung, Erzeugung der zweiten harmonischen, entartete parametrische Fluoreszenz,

• Detektoren: Photomultiplier, Avalanche Photodioden, Photodioden

• Erzeugung und Charakterisierung von 1-Photonenzuständen: Experimentelle Erzeugung von Einzelphotonenzuständen, Schrödingerscher Katzenzustände

• Einfache Protokolle der Quantenkommunikation: Teleportation,...

Lernziele und Kompetenzen:

Die Studierenden

• erläutern die wesentliche Inhalte der Vorlesung

• wenden die Methoden auf konkrete Beispiele an

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien)
   (Po-Vers. 2010 | Module Fachwissenschaft Physik | Wahlpflichtbereich | Weitere Module aus dem Wahlpflichtbereich I)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Physikalisches Wahlfach: Quantenoptik (Prüfungsnummer: 643908)

Prüfungsleistung, mündliche Prüfung, Dauer (in Minuten): 30, benotet

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Erstablegung: SS 2015

1. Prüfer:

Gerd Leuchs