Ótica Quântica

Código:

FIS4011

Sigla:

FIS4011

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Física

Ocorrência: 2017/2018 - 1S

Ativa?	Sim
Página Web:	http://moodle.up.pt/course/view.php?id=2378
Unidade Responsável:	Departamento de Física e Astronomia
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Engenharia Física

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MI:EF	3	Plano estudos a partir do ano letivo 2017/18	5	-	6	42	162

Língua de trabalho

Português - Suitable for English-speaking students

Objetivos

O objetivo central desta unidade curricular consiste em dotar os estudantes dos conceitos e fundamentos científicos da Ótica Quântica, assim como desenvolver as suas competências técnicas, formais e de cálculo fundamentais à análise crítica e resolução de problemas nesta área, que lhes permitam suportar conhecimentos e competências que venham a adquirir em unidade curriculares futuras mais avançadas e/ou trabalhos de investigação nesta ou noutras áreas afins. Daqui derivam vários outros objetivos, nomeadamente:

• Promover a ligação dos conhecimentos e princípios da Ótica Quântica com os de outras áreas da Ciência e Engenharia Física, seu enquadramento numa visão integrada da Física e Ciências Modernas e suas aplicações tecnológicas.;
• Conhecer a estrutura geral da teoria quântica da luz e da interação entre a luz e a matéria, com particular ênfase nos seus princípios e leis fundamentais;
• Operacionalizar a formulação matemática e dos métodos de cálculo em Ótica Quântica, com ênfase nos que estão associados a álgebra de operadores e segunda quantização;
• Ser capaz de estabelecer uma relação entre os modelos conceptuais e formais da teoria da Ótica Quântica e trabalho experimental em Ótica, ainda que a um nível elementar.
• Desenvolver a intuição e o espírito crítico científicos;
• Fornecer as bases de conhecimento e competências necessárias aos estudantes para poderem prosseguir os seus estudos em áreas de saber mais avançadas.

 

Em complemento à vertente técnica e científica, esta unidade curricular deverá também contribuir para o incremento da cultura dos estudantes em Física, Engenharia e em Ciência.

 

Para além destes objetivos gerais, pretende-se que, para os estudantes terem aprovação nesta unidade curricular, cumpram as seguintes metas mínimas de aprendizagem:

 

• conhecer os fundamentos, técnicas e resultados mais relevantes da teoria quântica da luz;
• ser capaz de usar as ferramentas técnicas teóricas e formais desta disciplina na resolução de problemas e construção de modelos;
• ser capaz de identificar a limitações e domínios de validade dos modelos;

ser capaz de identificar e compreender as aplicações e tópicos de investigação atuais mais relevantes em Ótica Quântica.

Resultados de aprendizagem e competências

1. Conhecer os fundamentos básicos de teoria clássica da luz. 2. Ser capaz de usar as ferramentas técnicas teóricas e formais desta disciplina na resolução de problemas e construção de modelos. 3. Ser capaz de identificar a limitações e domínios de validade dos modelos.

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

Conhecimentos prévios de mecânica quântica

Programa

1. Introdução à Óptica Quântica; 2. Teoria semi-clássica da interacção da radiação electromagnética com a matéria; 3. Propriedades quânticas da radiação electromagnética; 4. Modelos quânticos da interacção da radiação electromagnética com a matéria; 5. Flutuações e dissipação em sistemas quânticos abertos; 5. Tópicos de Óptica Quântica; 6. Sistemas ópticos; 7. Tópicos avançados.

Bibliografia Obrigatória

Mandel L. (Leonard) 340; Coherence and quantum optics. ISBN: 0-306-30731-6

Observações Bibliográficas

D.F. Walls and G.J. Milburn - Quantum optics
Mandel and wolf - Coherent and quantum optics
H. Haken - Quantum theory of light
Louissel -
Cohen-Tannoudj et al. - Photon and atoms; - Atom-Photon interaction; -Quantum mechanics vol I& II

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

A unidade curricular de Ótica Quântica é uma unidade curricular de opção que está integrada no 4º ou 5º do curso de Mestrado integrado em Engenharia Física ou no 1º ou 2º ano do curso de Mestrado em Física. Portanto, a sua frequência pressupõe conhecimentos de Álgebra Linear e Matemáticas Gerais, bem como de Mecânica Quântica, Eletromagnetismo e Eletrodinâmica as quais são matérias abordadas ao nível de um primeiro ciclo de estudos em Engenharia Física, Física e Matemática.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída sem exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Participação presencial	10,00
Teste	60,00
Trabalho escrito	30,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Elaboração de projeto	0,00
Estudo autónomo	0,00
Frequência das aulas	0,00
Total:	0,00

Obtenção de frequência

Para obter frequência, os alunos têm de assistir a cerca de 2/3 das aulas dadas, bem como entregar pelo todos os elementos de avaliação.

Fórmula de cálculo da classificação final

A avaliação desta Unidade Curricular segue um esquema que integra simultaneamente avaliação contínua e por exame final.

 

A avaliação contínua é constituída por dois testes: o primeiro teste é realizado presencialmente e foca-se em aspetos mais formais e técnicos abarcando os conteúdos correspondentes aos primeiros cinco capítulos; o segundo teste é realizado em casa com consulta e durante um período de 48 horas e procura avaliar a capacidade dos estudantes de combinar os conhecimentos dos vários capítulos, realizando alguma pesquisa do tema e podendo usar ferramentas de simulação ou cálculo numérico, de forma a construírem um pequeno modelo que descreve uma situação ou resolve um problema  ou problemas de ótica quântica. Cada um dos testes valem 30% da nota final. Também faz parte desta componente a realização de um pequeno trabalho de síntese a apresentar nas últimas aulas, o qual vale também 30% da nota final.

 

Os estudantes podem ainda escolher por realizar apenas um exame final que vale 90% da nota final. Quer no caso da avaliação contínua que no caso da avaliação por exame final, os 10% remanescentes da nota final são atribuídos pelo docente tendo em conta a participação ao longo das aulas e uma avaliação global do trabalho do estudante, o que permite realizar um ajuste, em geral fino, das classificações obtidas pelos estudantes nas várias provas. Naturalmente, o júri da unidade curricular reserva-se ainda o direito de chamar estudantes a efetuar uma prova complementar sempre que o considerar pertinente.

Provas e trabalhos especiais

Os testes são realizados ao longo do semestre em datas a definir e o trabalho final deve ser entregue no final do semestre (último dia de aulas) sendo o tema especifico de cada aluno.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Tal como previsto na "Fórmula de cálculo da classificação final", os estudantes podem fazer melhoria de nota realizando exames finais que substituem a avaliação contínua.

Melhoria de classificação

Tal como previsto na "Fórmula de cálculo da classificação final", os estudantes podem fazer melhoria de nota realizando exames finais que substituem a avaliação contínua.

Observações

Comentários: 1) A avaliação contínua do aluno pelo docente ao longo das aulas teóricas e teórico-práticas permite realizar um ajuste, em geral fino, das classificações obtidas pelos alunos nas diferentes provas. 2) O júri da disciplina reserva-se ainda o direito de chamar alunos a efectuar uma prova oral sempre que o considerar pertinente. 3) Os testes têm a duração de 2h máxima e correspondem a 1 até 3 problemas. 4) Qualquer situação não prevista neste regulamento de disciplina deve ser comunicada ao docente durante as duas primeiras semanas de aulas ou, se essa situação decorrer de factos ocorridos posteriormente, deve ser comunicada ao docente até uma semana após os factos que a suportem.
5) Trabalhadores estudante e dirigentes associativos podem entregar os trabalhos da avaliação contínua até à data do primeiro exame, ou outra data acordada com o docente.