Programma del corso “Ottica Quantistica”
A.A. 2013-2014
Legge di Planck e coefficienti di Einstein
Legge di Planck. Coefficienti si emissione e assorbimento di Einstein. Caratteristica delle
transizioni di emissione e assorbimento. Eccitazioni ottiche di sistemi a due livelli. Teoria
dell’attenuazione ottica. Inversione di popolazione e amplificazione ottica.
Interazione radiazione e.m.-atomo
Applicazione della teoria delle perturbazioni dipendenti dal tempo. Approssimazione di onda
rotante. Espressione dei coefficienti di Einstein. Equazioni di Bloch. Meccanismi di allargamento
delle righe. Teoria semiclassica della foto rivelazione.
Teoria classica delle fluttuazioni ottiche e della coerenza
Modelli di sorgenti di luce caotica. Interferometro di Mach-Zender. Grado di coerenza di primo
ordine. Fluttuazioni di intensità e esperimento di Hanbury-Brown Twiss. Grado di coerenza di
secondo ordine. Teoria semiclassica della foto rivelazione.
Quantizzazione del campo di radiazione
Quantizzazione del campo elettromagnetico. Interazione del campo quantizzato con gli atomi. Rates
di assorbimento ed emissione.
Ottica quantistica di singolo modo
Operatori di campo di singolo modo. Stati di numero. Stati coerenti. Luce caotica. Relazioni di
input-output di beam splitter. Luce non classica.
Ottica quantistica non lineare
Suscettività non lineare. Quantizzazione del campo elettromagnetico in un mezzo. Generazione di
seconda armonica. Amplificazione parametrica. Assorbimento di due fotoni.
Testi consigliati:
R.Loudon, “The quantum theory of light”, Oxford Science Publication
G. Grynberg, A. Aspect, C. Fabre, Introduction to quantum optics, Cambridge
Scopi del corso
La prima parte del corso è dedicata alla descrizione semiclassica dell’interazione della luce con la
materia ed alle proprietà statistiche della luce generata da diversi tipi di sorgenti (per es. luce
caotica o coerente). Si tratta di un approfondimento di argomenti che dovrebbero essere già noti
perché affrontati in corsi della triennale o in altri corsi dell’indirizzo.
La parte centrale del corso riguarda la descrizione quantistica della luce e dell’interazione della
materia. L’argomento permette di reinterpretare i fenomeni ottici noti con una nuova prospettiva e
di introdurre nuovi aspetti dell’ottica, particolarmente interessanti per ciò che riguarda i fondamenti
della meccanica quantistica.
La parte finale del corso è pensata dedicata allo studio di fenomeni non lineari che si possono
manifestare nell’interazione luce-materia, però la scelta di questo argomento non è categorica. Sulla
base degli interessi degli studenti, si può decidere di dedicare alcune lezioni di carattere introduttivo
alla nano fotonica e alla plasmonica.
