Anno accademico 2007/2008 - lauree specialistiche

[ELENCO COMPLETO]
  1. Algebra superiore.
  2. Analisi superiore 2.
  3. Applicazioni della meccanica statistica.
  4. Applicazioni della meccanica quantistica.
  5. Astrofisica.
  6. Campi e particelle.
  7. Elettronica quantistica.
  8. Fisica ambientale 2.
  9. Fisica delle superfici.
  10. Fisica dello stato solido 1.
  11. Fisica dello stato solido 2.
  12. Fisica teorica 1.
  13. Fisica teorica 2.
  14. Geometria superiore 1.
  15. Intelligenza artificiale 2.
  16. Istituzioni di algebra superiore 1.
  17. Istituzioni di analisi superiore 1.

7. Elettronica quantistica

prof. Claudio Giannetti


OBIETTIVO DEL CORSO

L’obiettivo del corso consiste nel fornire agli studenti della laurea specialistica le nozioni di
base per affrontare il problema dell’interazione radiazione-materia sia nel regime classico che
in quello quantistico. In particolare il corso introduce al problema della quantizzazione del
campo elettromagnetico e, quindi, al concetto quantistico di fotone. L’interazione tra il campo
elettromagnetico quantizzato e la materia è all’origine dei fenomeni di emissione spontanea
e stimolata. Questi concetti verranno utilizzati per una introduzione alla fisica dei laser.

PROGRAMMA DEL CORSO

– Richiamo di elettrodinamica classica. Modelli di Lorentz e di Drude per la suscettività
dielettrica. Relazione tra la suscettività dielettrica e le proprietà ottiche dei materiali.
– Il problema del corpo nero: la nascita del concetto di fotone. Calcolo del numero medio
di fotoni in una cavità e della loro fluttuazione: regime classico e regime quantistico.
– Potenziale vettore del campo elettromagnetico nel gauge di Coulomb. Soluzione
dell’equazione delle onde con condizioni al contorno di periodicità. Espressioni
dell’hamiltoniana del sistema in funzione dei campi.
– Quantizzazione del campo elettromagnetico: operatori di creazione e distruzione e spazio
di Fock. Hamiltoniana quantistica ed energia di punto zero. Osservabili: valor medio
dell’operatore numero e sua fluttuazione, valor medio dell’operatore campo elettrico e
sua fluttuazione.
– Il limite classico: gli stati coerenti. Osservabili: valor medio dell’operatore numero e sua
fluttuazione, valor medio dell’operatore campo elettrico e sua fluttuazione.
– Interazione tra il campo elettromagnetico e un sistema a due livelli. Regola d’oro di
Fermi. Approssimazione di dipolo. Emissione spontanea ed emissione stimolata.
– Interazione tra il campo elettromagnetico e un sistema a due livelli in approssimazione
semiclassica. Oscillazioni di Rabi.
– Estensione ad N sistemi interagenti. Matrice densità e master equations. Inclusione dei
termini fenomenologici di decadimento e defasamento: le equazioni di Bloch. Popolazione
e coerenza di un livello. Limite delle rate equations. Allargamento di riga. Coefficiente
di guadagno e saturazione. Allargamento omogeneo e in omogeneo.



– Propagazione dei fasci gaussiani nel vuoto e modi ammessi. Propagazione dei fasci
gaussiani in un sistema ottico.
– Cavità risonante. Condizioni di stabilità spaziale e selezione dei kodi all’interno della
cavità. Condizioni di risonanza in una cavità con mezzo attivo: il laser. Esempi di laser.
Mode-locking e produzione di impulsi di breve durata temporale.

BIBLIOGRAFIA
amnon yariv, Quantum Electronics, John Wiley & Sons New York, 1989.
rodney loudon, The Quantum Theory of Light, Oxford University Press, 2003.

DIDATTICA DEL CORSO
Lezioni in aula integrate dall’approfondimento delle tematiche su articoli recentemente pubblicati.
Approfondimento in laboratori di ricerca di alcuni degli argomenti studiati.

METODO DI VALUTAZIONE
Esame orale.

AVVERTENZE
Il Prof. Claudio Giannetti riceve gli studenti al termine delle lezioni nel proprio studio.



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