Introduction to quantum optics

lphys2141  2022-2023  Louvain-la-Neuve

Introduction to quantum optics
5.00 crédits
22.5 h + 7.5 h
Q1
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
Cours ex-cathedra, animations vidéos, applications numériques, exercices, démonstrations en laboratoire.
Modes d'évaluation
des acquis des étudiants
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


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

Intitulé du programme
Sigle
Crédits
Prérequis
Acquis
d'apprentissage
Master [60] en sciences physiques

Master [120] : ingénieur civil physicien

Master [120] en sciences physiques