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Quantenoptik 1
Quantum Optics 1

Modul PH2025

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

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.

verfügbare Modulversionen
WS 2018/9WS 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.

  • Allgemeiner Spezialfachkatalog Physik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Physik der kondensierten Materie

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (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 ist der/die Studierende 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 begreiflich zu machen

Voraussetzungen

Keine Vorkenntnisse nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 2 Quantenoptik 1 Rempe, G. Mi, 10:00–12:00, PH II 127
UE 2 Übung zu Quantenoptik 1
Leitung/Koordination: Rempe, G.
Mi, 08:00–10:00, PH II 127
sowie Termine in Gruppen

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

  • R.W. Boyd: Nonlinear Optics

  • W. Demtröder: Laser Spectroscopy

  • L. Mandel, E. Wolf: Optical Coherence and Quantum Optics

  • P.W. Milonni, J.H. Eberly: Lasers

  • B. Saleh, M. Teich: Fundamentals of Photonics

  • A.E. Siegmann: Lasers

  • M. Weissbluth: Photon-Atom Interactions

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine mündliche Prüfung von etwa 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?

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.

Aktuell zugeordnete Prüfungstermine

Derzeit sind in TUMonline die folgenden Prüfungstermine angelegt. Bitte beachten Sie neben den oben stehenden allgemeinen Hinweisen auch stets aktuelle Ankündigungen während der Lehrveranstaltungen.

Titel
ZeitOrtInfoAnmeldung
Prüfung zur Quantenoptik 1
Mo, 4.2.2019 Dummy-Termin. Wenden Sie sich zur individuellen Terminvereinbarung an die/den Prüfer(in). Anmeldung für Prüfungstermin vor So, 24.03.2019. // Dummy date. Contact examiner for individual appointment. Registration for exam date before Sun, 2019-03-24. bis 15.1.2019 (Abmeldung bis 3.2.2019)
Di, 26.3.2019 Dummy-Termin. Wenden Sie sich zur individuellen Terminvereinbarung an die/den Prüfer(in). Anmeldung für Prüfungstermin von Mo, 25.03.2019 bis Sa, 27.04.2019. // Dummy date. Contact examiner for individual appointment. Registration for exam date from Mon, 25.03.2019 till Sat, 27.04.2019. bis 25.3.2019
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