Summer term 2009: Quantum Optics
(Dr. P. Treutlein)

For more information about the lecture and current announcements, see the official lecture homepage. Upon request of the students, the lecture will be given in German.

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 and M.S. Zubairy, Cambridge University Press 1997
• Quantum Optics, D.F. Walls and G.J. Milburn, 2nd edition, Springer 2008
• Elements of Quantum Optics, P. Meystre and 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 and Sons 1988
• Fundamentals of Photonics, B.E.A. Saleh and M.C. Teich, Wiley and Sons 1991

Atom-Licht-Wechselwirkung:

• Laser Cooling and Trapping, H.J. Metcalf and P. van der Straten, Springer 1999
• Atom-Photon-Interactions, C. Cohen-Tannoudji, J. Dupont-Roc and G. Grynberg, Wiley and Sons 1992