Introduction to quantum optics

lphys2141  2020-2021  Louvain-la-Neuve

Introduction to quantum optics
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5 crédits
22.5 h + 7.5 h
Q1
Langue
d'enseignement
Anglais
Préalables
Avoir suivi LPHYS1241, LPHYS1342 et LPHYS1344 constitue un atout.
Thèmes abordés
Interactions lumière-matière, atomes froids, transfert cohérent de population, condensat de Bose-Einstein, RMN et IRM, équations de Bloch.
Acquis
d'apprentissage

A la fin de cette unité d’enseignement, l’étudiant est capable de :

1 a.     Contribution de l'unité d'enseignement aux acquis d'apprentissage du programme (PHYS2M et PHYS2M1)
AA 1.1, AA 1.2, AA 1.5, AA1.6, AA 3.1, AA 3.3, AA 5.4
b.    Acquis d'apprentissage spécifiques à l'unité d'enseignement
Au terme de cette unité d'enseignement, l'étudiant.e sera capable de :
1.   décrire l'interaction laser-atome avec l'hamiltonien approprié et le formalisme de la matrice de densité ;
2.   décrire les étapes essentielles pour le piégeage d'atomes, au refroidissement d'atomes et à la formation de condensats ;
3.   déterminer les paramètres expérimentaux pour un refroidissement Doppler et sub-Doppler ;
4.   décrire les étapes essentielles à l'imagerie par résonance magnétique nucléaire ;
5.   restituer une définition quantique d'une collision et pouvoir utiliser le concept de section efficace.
 
Contenu
Interactions lumière-atome, modèle à deux niveaux, oscillation de Rabi, passage adiabatique rapide, les vecteurs de Bloch, les franges de Ramsey, l’absorption saturée, le modèle à trois niveaux, pompage optique, spectroscopie à deux photons, STIRAP, transparence induite par la lumière, lumière lente. Atomes froids, pièges d’atomes et condensats, refroidissement Doppler et sub-Doppler, piège dipolaire et magnéto-optique, refroidissement évaporatif, mécanique statistique de condensats bosoniques, propriétés des condensats, lasers atomiques. Applications des atomes froids à la métrologie et aux horloges atomiques, fontaines atomiques, ions froids en régime Lamb-Dicke, sauts quantiques, qubits atomiques. Matrice de densité et équation de Von Neumann-Liouville. Introduction aux principes de la résonnance magnétique nucléaire (NMR) et d’imagerie par résonnance nucléaire (IRM) : équations de Bloch, échos de spin, RMN à transformée de Fourier, séquences de pulses en IRM. Introduction à la théorie des collisions.
Méthodes d'enseignement

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Cours ex-cathedra, animations vidéos, applications numériques, exercices, démonstrations en laboratoire.
Modes d'évaluation
des acquis des étudiants

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Examen écrit avec des questions ouvertes et fermées.
Bibliographie
M. Fox « Quantum Optics. An introduction », Oxford Master Series in Atomic, Optical, and Laser Physics, 2006.
M. Fox « Optique quantique. Une introduction », trad. B. Piraux, De Boeck Université, 2011.
P.Lambropoulos and D.Petrosyan « Fundamentals of Quantum Optics and Quantum Information », Springer, 2007.
C. Cohen –Tannoudji, Bernard Diu, Franck Laloë, “Mécanique quantique, tome III”, CNRS Editions, EDP Sciences – Collection: Savoirs Actuels, 2017.
S. Haroche and J.-M. Raimond « Exploring the Quantum », Oxford, 2007.
M.O. Scully & M.S. Zubairy « Quantum Optics », Cambridge University Press, 1997.
Faculté ou entité
en charge
Force majeure
Modes d'évaluation
des acquis des étudiants
La crise sanitaire implique des incertitudes quant aux modalités d’évaluation en particulier pour la session de janvier. Deux options sont envisagées selon la sévérité des contraintes liées à la crise sanitaire.
Un plan A en présentiel :
  • Examen écrit
Un plan B en distanciel :
  • Examen oral sur Teams


Programmes / formations proposant cette unité d'enseignement (UE)

Intitulé du programme
Sigle
Crédits
Prérequis
Acquis
d'apprentissage
Master [120] : ingénieur civil physicien

Master [60] en sciences physiques

Master [120] en sciences physiques