Física (plan 2002) 2020-2

Optativas, Temas Selectos de Óptica I

Temas selectos de óptica entre la clásica y la cuántica

Dr. Daniel Sahagún Sánchez

Laboratorio de Átomos Fríos y Óptica Cuántica

Instituto de Física, UNAM

sahagun@fisica.unam.mx

Descripción del curso

Desde una punto de vista teórico-experimental este curso busca proveer al estudiante de una perspectiva sobre la frontera de la óptica clásica y cuántica. Tendremos especial cuidado en abordar temas clave y que no son comúnmente incluidos en los en la currícula obligatoria en la carrera de Física. Cruzaremos cinco veces la frontera entre la óptica clásica y la cuántica. Tendremos un breve recordatorio del formalismo correspondiente a las ondas clásicas con un enfoque adecuado a la teoría de la medición fotónica contemporánea. Veremos también su homólogo cuántico. Describiremos en detalle los tipos de detectores disponibles en la tecnología contemporánea para luz clásica y luz cuántica. Una vez establecidas las teorías y las bases de la detección de la luz mostraremos la diferencia fundamental entre sus estadísticas. Posteriormente abordaremos los conceptos de coherencia de primer y segundo orden que son una referencia gruesa para diferenciar entre luz con naturaleza clásica y cuántica para como introducción al entrelazamiento cuántico. Finalmente estudiaremos en detalle algunos de los experimentos que han resultado un bastión para el desarrollo de la ciencia cuántica contemporánea.

Antecedentes básicos requeridos: Óptica Clásica, Mecánica Cuántica

Habrá dos juntas para fijar horario: martes 28 de enero y jueves 30 de enero, 2020 en el salón Sandoval Vallarta, edificio Moshinsky, Instituto de Física, UNAM. En la primer junta se acordó mantener este horario durante el resto del semestre. Lo confirmaremos en la segunda junta.

Temario

1. Campos ópticos clásicos y cuánticos
   1. Descripción clásica del campo óptico
   2. Amplitudes en cuadratura
   3. Campo, energía y potencia
   4. Cuantización de Campos
   5. Soluciones de la ecuación de onda
   6. Estados Coherentes: luz láser
   7. Estados Comprimidos “clásicos” y “cuánticos”
2. Detectores
   1. Fotoconductores
   2. Fotodiodos: (corriente obscura, velocidad de respuesta, ruido y amplificadores)
   3. Arreglos de imagen: eficiencia cuántica y color, lectura de CCD, ruido y rango dinámico, arreglos de CMOS
   4. Fotodiodos de avalancha
   5. Fotomultiplicadores
3. Propiedades estadísticas de la luz
   1. Propiedades estadísticas de la luz clásica
   2. El origen de las fluctuaciones
   3. Propiedades estadísticas de la luz cuántica
   4. Ruido cuántico
   5. El campo del vacío
4. Componentes ópticos “clásicos” vs. cuánticos
   1. Divisor de haz
   2. Cavidades
   3. Interferómetros
5. Coherencia, correlaciones y enredamiento cuántico
   1. Coherencia de primer orden
   2. Coherencia de segundo orden
   3. Enredamiento cuántico
   4. Algunas medidas de enredamiento cuántico
6. Experimentos recientes
   1. Experimentos con átomos
   2. Experimentos con luz

Bibliografía

1. R. Kenyon, The Light Fantastic: a Modern Introduction to Classical and Quantum Optics, Oxford University Press 2008, primera impresión
2. Hans-A. Bachor y Timothy C. Ralph, A Guide to Experiments in Quantum Optics; WILEY-VCH VERLAG GmbH & Co. KGaA, Weinheim 2004, segunda revisión aumentada
3. Charles S. Adams e Ifan G.; Hughes, Optics f2f, From Fourier to Fresnel, Oxford University Press 2019, primera impresión
4. Leonard Susskin y Art Friedman; Quantum Mechanics, the Theoretical Minimum; Basic Books 2014, primera impresión
5. Rodney Loudon, The Quantum Theory of Light, OXFORD UNIVERSITY PRESS, Second Edition, 1991
6. Leonard Mandel y Emil Wolf, Optical Coherence and Quantum Optics, CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS 1995
7. Christopher Gerry y Peter Knight, Introductory Quantum Optics, CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS 2005

Artículos (la lista se irá depurando durante el semestre)

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