Guía docente de Física del Láser y Aplicaciones (M44/56/3/32)

Principio de un láser. Mecanismos de producción de luz láser. Interacción de láser con sistemas atómicos y moleculares. Aplicaciones fundamentales, médicas y biofísicas. Otras aplicaciones.

Graduado/a en Física o Graduado/a en ingeniería Electrónica o de Telecomunicaciones

• El alumno sabrá/comprenderá: el principio de emisión de radiación láser y las características de esta radiación y su propagación y detección. Conocerá la tecnología asociada a los distintos mecanismos de producción de radiación láser y su utilización, así como todos los elementos asociados. Conocerá las técnicas de enfriamiento de iones y átomos en trampas desde un punto de vista teórico y práctico, y su uso en experimentos de física. También conocerá otras aplicaciones.
• El alumno será capaz de: utilizar un sistema de producción láser y de los elementos necesarios en el contexto de experimentos de enfriamiento de iones en trampas electromagnéticas en experimentos que son novedosos en el campo de la física. Será capaz de pensar en los requerimientos y necesidades en dichos experimentos en cuanto al tipo de láser necesario y los elementos adicionales.

1. Tema 1: Principio de un láser. Fuentes de luz coherentes. Fundamento y elementos de un láser. Descripción de la radiación láser. Láseres pulsados cortos y ultra cortos. Elementos externos asociados con la medida, transporte y manipulación de la radiación láser: polarizadores, modos de transmisión y fibras ópticas, moduladores. Interferómetros. Sensores/detectores de luz
2. Tema 2: Mecanismos de producción de luz láser. Tipos de láser: He-Ne, semiconductores, estado sólido, y láseres de fibra. Láseres continuos y estabilización en frecuencia. Cavidades ópticas externas. Fineza. Peine de frecuencias.
3. Tema 3: Interacción del láser con sistemas atómicos. Confinamiento y enfriamiento de iones y átomos. Trampas de iones basadas en radiofrecuencias. Acoplamiento de átomos y campos electromagnéticos: modelo de dos niveles. Enfriamiento de iones con láser. Manipulación de átomos con fotones.
4. Tema 4: Experimentos de precisión con trampas de átomos o iones y láseres. Técnicas de espectroscopía óptica. Estándar de frecuencias. Computación cuántica. Física nuclear e interacciones fundamentales.
5. Tema 5: Otras aplicaciones científicas y tecnológicas del láser. Técnica LIDAR. Aceleración de iones. El láser en medicina. Micro-fabricación, micro-litografía, monitorización, comunicación, almacenamiento de datos.

Seminarios/Talleres

1. Utilización de un láser de Ti:Sa, proceso de estabilización en frecuencia y anclaje a una cavidad de alta fineza.
2. Utilización de un láser de diodo y estabilización en frecuencia.
3. Utilización de un peine de frecuencias.
4. Estabilización de un láser de diodo a una cavidad de alta fineza.
5. Cómo generar un bit cuántico con un ion atrapado.

PRÁCTICAS DE LABORATORIO:

1. Práctica 1. Determinación de la anchura de un haz de radiación láser con un interferómetro de Fabry-Perot.
2. Práctica 2. Medida de una frecuencia de emisión de un láser con el peine de frecuencias.

1. Springer Handbook of Lasers and Optics, 2ª edición, Editor F. Träger, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2012
2. Basic of Laser Physics, K.F. Renk, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2012
3. Optics, Light and Lasers, 2ª edición, revisada, D. Meschede, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA, 2007
4. Physics of atoms and molecules, B.H. Bransden and C.J.  Joachain, John Wiley & Sons, Nueva York, 1983.
5. Ion Traps, P.K. Ghosh, Oxford University Press, Oxford, Gran Bretaña, 1995
6. Charged Particle Traps, F.G. Major, V.N. Gheorghe, G. Werth, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2005
7. Introduction to Quantum Optics, G. Grynberg, A. Aspect, C. Fabre, Cambridge University Press, Gran Bretaña, 2010

1. Building Electro-Optical Systems, P.C.D. Hobbs, John Wiley & Sons, 2009
2. Charged Particle Traps II, F.G. Major, V.N. Gheorghe, G. Werth, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2009
3. The Quantum Physics of Atomic Frequency Standards: recent developments, J. Vanier, C. Tomescu, CRC Press Taylor & Francis Group, 2016.
4. Frequency Standards, Basics and Applications, F. Riehle, WILEY-VCH GmbH Co. KGaA, 2004.
5. Laser Cooling and Trapping, H.J. Metcalf, P. van der Straten, Springer Science + Business Media New York, 1999. 

http://www.nist.gov/physics-portal.cfm

http://www.quantumoptics.at/en/

http://www.imperial.ac.uk/ion-trapping

https://www.quantummetrology.de/quaccs/research/projects/

https://www.quantummetrology.de/eqm/research/

https://www.quantummetrology.de/equopt/research/

https://igfae.usc.es/igfae/es/experimentos/laserpet/

La convocatoria ordinaria estará basada en la evaluación continua del estudiante, excepto para quienes se le haya reconocido el derecho a la evaluación única final.

La EVALUACIÓN CONTINUA se realizará mediante:

• Participación del alumno en las clases teóricas, en los talleres y prácticas de laboratorio.
• Examen teórico-práctico de resolución de cuestiones donde se evaluará la compresión de conceptos fundamentales del mecanismo de producción de luz láser, estabilización en frecuencia y elementos asociados, así como la implementación práctica.
• Realización y exposición de un trabajo en grupo sobre una temática relacionada con las aplicaciones del láser (fundamentales o tecnológicas). Se dará a elegir entre varios temas.

En EVALUACIÓN CONTINUA (Convocatoria ORDINARIA) la calificación final responderá al siguiente baremo:

• Examen teórico-práctico de resolución de cuestiones: 50%.
• Realización y exposición de un trabajo en grupo sobre una temática relacionada con las aplicaciones del láser: 30%.
• Participación del alumno en las clases teóricas, en los talleres y prácticas de laboratorio: 20%.

Los estudiantes que no hayan superado la asignatura en la convocatoria ordinaria dispondrán de una convocatoria extraordinaria. A ella podrán concurrir todos los estudiantes, con independencia de haber seguido o no un proceso de evaluación continua. De esta forma, el estudiante que no haya realizado la evaluación continua tendrá la posibilidad de obtener el 100% de la calificación mediante la realización de una prueba.

En EVALUACIÓN EXTRAORDINARIA la calificación final responderá al siguiente baremo:

Examen teórico-práctico cuyo contenido engloba todo el temario de la asignatura (100%).

Podrán acogerse a la evaluación única final, quienes no puedan cumplir con el método de evaluación continua por causas justificadas.

Para acogerse a la evaluación única final, el estudiante, en las dos primeras semanas de impartición de la asignatura o en las dos semanas siguientes a su matriculación si ésta se ha producido con posterioridad al inicio de las clases o por causa sobrevenidas, lo solicitará, a través del procedimiento electrónico, a la Coordinación del Máster, quien dará traslado al profesorado correspondiente, alegando y acreditando las razones que le asisten para no poder seguir el sistema de evaluación continua.

La evaluación en tal caso consistirá en: en un examen que incluye teoría y problemas sobre todo el contenido de la asignatura. El examen será el 100% de la calificación en la asignatura.