Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Elektrodynamika kwantowa
Koordynator przedmiotu:
dr hab. Jerzy Jasiński
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia II stopnia
Program:
Fizyka Techniczna
Grupa przedmiotów:
Obowiązkowe
Kod przedmiotu:
1050-FT000-MSP-3EKW
Semestr nominalny:
2 / rok ak. 2020/2021
Liczba punktów ECTS:
4
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
1. godziny kontaktowe – 52 h; w tym a) obecność na wykładach – 45 h c) obecność na egzaminie – 2 h d) uczestniczenie w konsultacjach – 5 h 2. praca własna studenta – 45 h; w tym a) przygotowanie do kolokwiów – 10 h b) zapoznanie się z literaturą – 10 h c) przygotowanie do egzaminu – 15 h d) rozwiązywanie zadań domowych - 10 h Razem w semestrze 97 h, co odpowiada 4 pkt. ECTS
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
1. obecność na wykładach – 45 h 2. obecność na egzaminie – 2 h 3. uczestniczenie w konsulatacjach – 5 h Razem w semestrze 52 h, co odpowiada 2 pkt. ECTS
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
1. rozwiązywanie zadań domowych –5 h Razem w semestrze 5 h, co odpowiada 0 pkt. ECTS
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład45h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium0h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Przedmioty poprzedzające: Elektrodynamika, Mechanika, Fizyka kwantowa, Podstawy optyki. Znajomość Elektrodynamiki w zakresie: - równania Maxwella – pola elektryczne i magnetyczne - równanie falowe – potencjały pól Znajomość Mechaniki klasycznej w zakresie: - formalizm Lagrange'a - równania Hamiltona Znajomość Fizyki kwantowej w zakresie - równanie Schrödingera, funkcja falowa, stany i operatory - obraz Schrödingera i Heisenberga, druga kwantyzacja - budowa atomu - własności bozonów i fermionów Znajomość Podstaw optyki w zakresie - własności fal elektromagnetycznych – fale płaskie i ich superpozycja - energia i strumień energii fali - emisja i absorpcja światła
Limit liczby studentów:
Cel przedmiotu:
Poszerzenie wiedzy studenta w zakresie kwantowego opisu fal elektromagnetycznych i ich oddziaływań z atomami. Student nabywa umiejętności interpretacji światła jako strumienia fotonów.
Treści kształcenia:
Wykład: 1. Kwantowy oscylator harmoniczny. Stany własne i poziomy energetyczne kwantowego oscylatora harmonicznego. Stany koherentne i niekoherentne. Statystyka stanów. Ewolucja stanów w czasie. 2. Pole elektromagnetyczne w opisie kwantowym. Hamiltonian swobodnego pola elektromagnetycznego. Stany pola i ich swobodna ewolucja. Fotony. Hamiltonian oddziaływania pola z atomami. Ewolucja pola pod wpływem oddziaływania w obrazie Heisenberga. 3. Słabe oddziaływanie pola z atomami. Oddziaływanie jako zaburzenie. Diagramy energii. Przybliżenie Borna w opisie oddziaływania. Złota reguła Fermiego. Oddziaływania 1-fotonowe. Zjawiska absorpcji, emisji spontanicznej i wymuszonej. Rozkład Plancka i Bosego-Einsteina. 4. Oddziaływanie pola z atomami w pobliżu rezonansu. Hamiltonian oddziaływania rezonansowego atomu i pola w przybliżeniu dipolowym. Przybliżenie atomu 2-poziomowego i wirującej fali. Atom 2-poziomowy we wnęce rezonansowej. Oscylacje Rabiego. 5. Klasyczny opis drgań w pobliżu rezonansu. Drgania własne i wymuszone. Klasyczne równania Blocha. Propagacja amplitudy i fazy pola. 6. Pola niestacjonarne. Oddziaływanie atomu 2-poziomowego z zadanym polem. Równania Blocha bez tłumienia. Soliton kwantowy. Twierdzenie o polu. 7. Laser. Tłumienie w równaniach Blocha. Szum. Stacjonarne i niestacjonarne pole w laserze. 8. Kwantowa teoria koherencji. Klasyczna koherencja pierwszego i wyższych rzędów. Korelacja kwantowa. Stany klasyczne i kwantowe. Statystyka fotonów w świetle i jej związek z koherencją drugiego rzędu. 9. Nieklasyczne stany pola elektromagnetycznego. Stany ściśnięte. Stany kota Schrödingera. 10. Wybrane układy optyczne w opisie kwantowym. Dzielnik wiązki
Metody oceny:
Egzamin pisemny. Studenci opisują 2 spośród 15 zagadnień egzaminacyjnych, na jakie został podzielony program wykładu. Lista zagadnień podawana jest na 2 tygodnie przed egzaminem. Zagadnienia do opracowania są przydzielane są indywidualnie na egzaminie. Ocena z egzaminu określa umiejętność interpretacji przez studenta fizycznych założeń potrzebnych do opisu danego zagadnienia i fizycznych konsekwencji takiego opisu.
Egzamin:
tak
Literatura:
1. 1. C. G. Gerry, P. L. Knight, „Wstęp do optyki kwantowej”, PWN, Warszawa, 2007 2. H. Haken, „Światło. Fale, fotony, atomy”, PWN, Warszawa, 1993 3. Koichi Shimoda, „Wstęp do fizyki laserów”, PWN, Warszawa, 1993 4. L. Allen, J. H. Eberly, K. Rzążewski, „Rezonans optyczny”, PWN, Warszawa, 1981 5. Michael A. Parker, "Physics of Optoelectronics", Taylor & Francis, Boca Raton, 2005
Witryna www przedmiotu:
Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Efekt EKW_W01
Zna i rozumie zjawiska określające pole elektromagnetyczne jako obiekt kwantowy, wie kiedy muszą być brane pod uwagę.
Weryfikacja: egzamin
Powiązane efekty kierunkowe: FT2_W01, FT2_W03
Powiązane efekty obszarowe: X2A_W01, T2A_W01, X2A_W03, X2A_W04, X2A_W05, T2A_W03, T2A_W04, InzA_W02, InzA_W05
Efekt EKW_W02
Zna i rozumie sposób kwantowego opisu pola elektromagnetycznego.
Weryfikacja: egzamin kolokwium zadania domowe
Powiązane efekty kierunkowe: FT2_W01, FT2_W02
Powiązane efekty obszarowe: X2A_W01, T2A_W01, X2A_W02, T2A_W01, T2A_W02
Efekt EKW_W03
Zna i rozumie kwantowy charakter oddziaływania fali elektromagnetycznej z atomami ośrodka.
Weryfikacja: egzamin
Powiązane efekty kierunkowe: FT2_W02, FT2_W03, FT2_W04
Powiązane efekty obszarowe: X2A_W02, T2A_W01, T2A_W02, X2A_W03, X2A_W04, X2A_W05, T2A_W03, T2A_W04, InzA_W02, InzA_W05, X2A_W06, T2A_W05, T2A_W07

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Efekt EKW_U01
Potrafi zastosować opis kwantowy do różnych pól elektromagnetycznych.
Weryfikacja: kolokwium
Powiązane efekty kierunkowe: FT2_U06, FT2_U10
Powiązane efekty obszarowe: X2A_U02, X2A_U04, T2A_U09, X2A_U02, T2A_U11
Efekt EKW_U02
Potrafi opisać efekty oddziaływania pola elektromagnetycznego z atomami.
Weryfikacja: kolokwium
Powiązane efekty kierunkowe: FT2_U06, FT2_U10
Powiązane efekty obszarowe: X2A_U02, X2A_U04, T2A_U09, X2A_U02, T2A_U11
Efekt EKW_U03
Umie opisać w sposób kwantowy mechanizmy emisji światła oraz działanie wybranych układów optycznych.
Weryfikacja: kolokwium, egzamin
Powiązane efekty kierunkowe: FT2_U01, FT2_U04, FT2_U06, FT2_U09
Powiązane efekty obszarowe: X2A_U03, T2A_U01, X2A_U07, T2A_U05, X2A_U02, X2A_U04, T2A_U09, X2A_U04, T2A_U10

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Efekt EK_K01
Potrafi pracować indywidualnie w celu realizacji określonego zadania.
Weryfikacja: kolokwium zadania domowe egzamin
Powiązane efekty kierunkowe: FT2_K02
Powiązane efekty obszarowe: X2A_K05, T2A_K01