Quantenoptik 1
Quantum Optics 1
Modul PH2025
Modulversion vom WS 2018/9 (aktuell)
Von dieser Modulbeschreibung gibt es historische Versionen. Eine Modulbeschreibung ist immer so lange gültig, bis sie von einer neuen abgelöst wird.
Ob die Lehrveranstaltungen des Moduls in einem spezifischen Semester angeboten werden, finden Sie im Abschnitt Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise unten.
| verfügbare Modulversionen | |
|---|---|
| WS 2018/9 | WS 2010/1 |
Basisdaten
PH2025 ist ein Semestermodul in Deutsch auf Master-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.
Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.
- Spezifischer Spezialfachkatalog Physik der kondensierten Materie
- Spezifischer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics
- Komplementärer Spezialfachkatalog Kern-, Teilchen- und Astrophysik
- Komplementärer Spezialfachkatalog Biophysik
Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.
| Gesamtaufwand | Präsenzveranstaltungen | Umfang (ECTS) |
|---|---|---|
| 150 h | 60 h | 5 CP |
Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2025 ist Gerhard Rempe.
Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen
Inhalt
- Historischer Überblick: u.a. Grundlagen der Licht-Materie-Wechselwirkung
- Kohärente Licht-Materie-Wechselwirkung: u.a. Bloch-Gleichungen und Rabi-Oszillationen
- Kohärente Lichtausbreitung: u.a. selbstinduzierte Transparenz und Solitonen
- Dekohärenzeffekte in der Licht-Materie-Wechselwirkung: u.a. Ratengleichungen und Sättigungseffekte, Linienverbreiterungsmechanismen
- Lineare und nichtlineare Maxwell-Bloch-Gleichungen: u.a. Lichtverstärkung und Lasertheorie, Phasenübergangsanalogie
- Reale Laser: u.a. Funktionsprinzip und Eigenschaften, Lasertypen
- Laserspektroskopie: u.a. Linienbreite und Sättigungsspektroskopie, Lochbrennen
Lernergebnisse
Nach erfolgreicher Teilnahme an diesem Modul sind die Studierenden in der Lage:
- Grundlegende Fragestellungen und Methoden der Quantenoptik zu verstehen
- Die Konzepte der kohärenten Licht-Materie-Wechselwirkung und deren Anwendungen in der Ausbreitung von Laserlicht zu diskutieren
- Nichtlineare Intensitätseffekte in der Licht-Materie-Wechselwirkung zu erklären
- Theoretische Funktionsprinzipien eines Lasers und deren experimentelle Implementierung zu beschreiben
- Methoden der laserbasierten nichtlinearen Spektroskopie zu verstehen
Voraussetzungen
Keine Vorkenntnisse nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen.
Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise
Lehrveranstaltungen und Termine
| Art | SWS | Titel | Dozent(en) | Termine | Links |
|---|---|---|---|---|---|
| VO | 2 | Quantenoptik 1 | Rempe, G. |
Mi, 10:00–12:00, PH II 127 |
eLearning |
| UE | 2 | Übung zu Quantenoptik 1 |
Leitung/Koordination: Rempe, G. |
Mi, 08:00–10:00, PH II 127 sowie Termine in Gruppen |
eLearning |
Lern- und Lehrmethoden
Das Modul besteht aus einer Vorlesung und einer Übung. Die Vorlesung konzentriert sich auf die Präsentation und Diskussion universeller Effekte der Quantenoptik, die in allen laserbasierten Forschungsfeldern zur Anwendung kommen. Anhand ausgewählter Beispiele werden die zugrunde liegenden Modelle quantitativ vorgerechnet und intuitiv erläutert. Die experimentelle Umsetzung im Labor wird qualitativ besprochen. Hoher Wert wird auf die Anregung interaktiver Diskussion mit den Studierenden und unter den Studierenden über das gerade Erlernte gelegt. In der Präsenzveranstaltung (Übung) werden die Studierenden angeleitet, die in der Vorlesung erläuterten Themen durch eigene Recherchen selbständig zu vertiefen. Anhand von Problembeispielen werden die Lerninhalte eingeübt, so dass die Studierenden das Gelernte selbständig erklären und anwenden können. In wissenschaftlichen Diskussionen werden die Studierenden mit einbezogen und das eigene analytisch-physikalische Denkvermögen gefördert
Medienformen
Tafelanschrieb bei der quantitativen Analyse der Effekte, Overheadprojektion bei der Diskussion experimentell erzielter Ergebnisse und implementierter Versuchsaufbauten.
Literatur
- L. Allen & J.H. Eberly: Optical Resonance and Two-Level Atoms, Dover Publications, (1987)
- R.W. Boyd: Nonlinear Optics, Academic Press, (2008)
- W. Demtröder: Laser Spectroscopy, Springer, (2002)
- L. Mandel & E. Wolf: Optical Coherence and Quantum Optics, Cambridge University Press, (1995)
- P.W. Milonni & J.H. Eberly: Lasers, Wiley, (2010)
- B. Saleh & M. Teich: Fundamentals of Photonics, Wiley-Interscience, (2007)
- A.E. Siegmann: Lasers, Univ Science Books, (1986)
- M. Weissbluth: Photon-Atom Interactions, Academic Press, (1989)
Modulprüfung
Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen
Es findet eine mündliche Prüfung von 30 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen, Diskussionen anhand von Skizzen und einfachen Abschätzungen überprüft.
Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:
- Unter welchen Umständen können Lichtimpulse ungestört durch ein Medium propagieren?
- Welche Komponenten werden zum Bau eines Lasers benötigt?
- Welche Lasertypen gibt es?
- Was ist ein Soliton?
Hinweise zu assoziierten Modulprüfungen
Die Prüfung zu diesem Modul kann auch gemeinsam mit der Prüfung zum assoziierten Folgemodul PH2026: Quantenoptik 2 / Quantum Optics 2 nach dem Folgesemester abgelegt werden. In diesem Fall müssen Sie sich für beide Prüfungstermine erst im Folgesemester anmelden.
Wiederholbarkeit
Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten. Eine Wiederholungsmöglichkeit wird im Folgesemester angeboten.