Лекции посвящены теоретическим проблемам квантовой оптики, связанным с поиском реального источника неклассического (субпуассоновского, сжатого и т.п.) света. Данный курс состоит из четырех частей. Первая часть является введением и напоминает основные элементы квантовой электродинамики под специфическим углом зрения квантовой оптики. Вторая часть посвящена теоретическим проблемам фотодетектирования, которое является важным компонентом квантовой оптики. Третья часть посвящена обсуждению возможностей генерации неклассического света лазерами и микролазерами. Четвертая часть посвящена проблемам генерации сжатого света в параметрических процессах.

I. Элементы квантовой электродинамики

1. Представление электромагнитного поля в оптическом резонаторе в виде
совокупности полевых осцилляторов.

2. Процедура квантования поля как квантование полевых осцилляторов. Операторы рождения и уничтожения фотонов. Когерентные состояния как собственные состояния операторов уничтожения фотонов. Диагональное представление Глаубера. Правила перехода к диагональному представлению. Антинормальное диагональное представление.

3. Неравенства Белла для классических электромагнитных полей. Нарушение неравенств Белла в квантовой оптике.

4. Сжатые состояния электромагнитного поля.

5. Группировка и антигруппировка фотонов.

6. Пуассоновская, суперпуассоновская и субпуассоновская статистика фотонов.


II. Фоторегистрация неклассического света

1. Фоторегистрация света. Дробовый шум: природа дробового шума с точки зрения классической и квантовой электродинамики.

2. Избыточный шум: возникновение отрицательного избыточного шума при
фоторегистрации неклассического света.

3. Спектр фототока при регистрации одномодового поля. Гетеро- и гомодинирование: преобразование сжатого света в субпуассоновский.


III. Физическая модель субпуассоновского лазера на основе
кинетического уравнения

1. Элементный состав простейшего лазера.

2. Основное кинетическое уравнение для матрицы плотности генерации лазерного поля при регулярном и случайном возбуждении активной среды.

3. Диагональное представление основных кинетических уравнений.

4. Аппроксимация малых фотонных флуктуаций (большого числа фотонов). Оптический спектр лазерной генерации, связанный с фазовой диффузией.

5. Спектр фототока излучения пуассоновского, супер- и субпуассоновского лазеров.

6. Теория микролазера на одиночном четырехуровневом атоме.


IV. Генерация сжатого электромагнитного поля в параметрическом процессе

1. Параметрическое смешение электромагнитных волн в пассивном резонаторе с нелинейной средой.

2. Генерация с внутрирезонаторной дополнительной параметрической ячейкой. Гетеродинирование сжатого света.