Quantenoptische Experimente Als Grundlage Eines Curriculums Zur Quantenphysik des Photons / Patrick Bronner.

Format:

Book

Author/Creator:

Bronner, Patrick, author.

Series:

Studien zum Physik- und Chemielernen ; Band 103

Language:

German

Subjects (All):

Quantum optics.

Physical Description:

1 online resource (196 pages).

Edition:

1st ed.

Place of Publication:

Berlin : Logos Verlag Berlin, [2010]

Summary:

Long description: In dieser Arbeit wird über die Quantenoptik ein neuer Zugang zur Quantenphysik für Schulen und Universitäten vorgestellt, in dessen Mittelpunkt Experimente mit einzelnen Photonen stehen. Die Quanteneigenschaften werden phänomenorientiert direkt am Experiment erarbeitet und mit Anwendungen aus dem Bereich der Quanteninformation verknüpft. Die Versuche bestehen aus den gleichen Komponenten wie in einem modernen Forschungslabor und liefern vergleichbare Messergebnisse. Zum Einsatz der Experimente in der Ausbildung wurden interaktive Bildschirmexperimente programmiert und ein Schülerlabor an der Universität Erlangen-Nürnberg aufgebaut. Mit der Entwicklung eines Schulcurriculums und dessen Erprobung an einem Gymnasium wurde erstmals gezeigt, dass 16-jährige Schüler die Wesenszüge und Anwendungen der Quantenphysik an realen quantenoptischen Experimenten erleben und erlernen können.

Contents:

Intro

1 Einführung

1.1 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit

1.2 Bestehende Ausbildungskonzepte zur Quantenphysik

1.3 Auswahl des Quantenobjektes

1.4 Experimente zur Quantennatur von Licht

1.5 Kohärentes Licht: Quantenzustand vs. klassische e-m Welle

2 Repräsentation der Experimente

2.1 Animationen und Programme zur Quantenphysik

2.2 Lehrfilme zur Quantenphysik

2.3 Remotely-Controlled-Labs

2.4 Interaktive Bildschirmexperimente

2.5 Vergleich und Realisierung

2.5.1 Anpassung der IBE auf quantenoptische Experimente

2.5.2 Herstellung von quantenoptischen IBE

3 Experimente mit einzelnen Photonen

3.1 Experimentelle Grundlagen

3.1.1 Detektoren

3.1.2 Lasersysteme

3.1.3 Datenauswertung

3.1.4 Erzeugung von Photonenpaaren

3.1.5 Phasenanpassung im Kristall

3.1.6 Justierung der Experimente

3.1.7 Optimierung zum Zweck der Ausbildung

3.1.8 Messung der Koinzidenzen

3.2 Existenz des Photons

3.2.1 Korrelationsfunktion

3.2.2 Experiment

3.2.3 Anwendung des Experimentes in der Ausbildung

3.3 Photonenstatistik mit einem Strahlteiler

3.3.1 Photonenzahldarstellung

3.3.2 Experiment

3.4 Photonenstatistik mit einem TMD

3.4.1 Theorie

3.4.2 Experiment

3.4.3 Vergleich der Statistiken

3.5 Interferenz im Interferometer

3.5.1 Theorie

3.5.2 Experiment

3.5.3 Interferenz und Quantennatur

3.5.4 Interferenz und Weginformation

3.5.5 Analogieexperiment für die Schule

3.6 Interferenz am Doppelspalt

3.6.1 Theorie

3.6.2 Experiment

3.6.3 Doppelspalt vs. Interferometer

3.7 Zweiphotoneninterferenz am Strahlteiler

3.7.1 Interferenz zweiter und vierter Ordnung

3.7.2 Theorie zur Hong-Ou-Mandel Interferenz

3.7.3 Experiment zur Hong-Ou-Mandel Interferenz

3.8 Quantenkryptographie

3.8.1 Forschung

3.8.2 Grundlagen

3.8.3 Demonstrationsexperiment.

3.8.4 Analogieexperiment für die Schule

3.9 Verschränkung

3.9.1 Forschung

3.9.2 Quelle für verschränkte Photonen

3.9.3 Bell-Zustände

3.9.4 Winkelabhängigkeit

3.9.5 Nichtlokalität nach CHSH

3.9.6 Nichtlokalität nach Wigner

3.9.7 Nichtlokalität nach Hardy

3.9.8 Nichtlokalität für die Schule

3.10 Quantenzufall

3.10.1 Einführung

3.10.2 Prinzip des Quantenzufalls

3.10.3 Photonische Quantenzufallsgeneratoren

3.10.4 Demonstrationsexperiment

3.10.5 Zufall an einem Strahlteiler

3.10.6 Experiment mit separablen Photonenpaaren

3.10.7 Experiment mit verschränkten Photonenpaaren

3.10.8 Analyse der Quantenzufallszahlen

3.10.9 Quantenzufall für die Ausbildung

3.11 Sonstige Experimente

3.11.1 Gesetz von Malus

3.11.2 Abgeschwächtes Licht

4 Integration der Experimente in die Ausbildung

4.1 Ausbildungslabore

4.1.1 Vorüberlegungen

4.1.2 Station 1: Musikalischer Lichtleiter

4.1.3 Station 2: Prinzip der Quantenkryptographie

4.1.4 Station 3a: Interferenz und Prinzip Quantenradierer

4.1.5 Station 3b: Gesetz von Malus

4.1.6 Durchführung eines Labortages

4.2 Curriculum für die Schulausbildung

4.2.1 Vorüberlegungen

4.2.2 Schülervorstellungen und Konzeptwechsel

4.2.3 Methode des Lerntagebuchs

4.2.4 Unterrichtskonzept Teil 1: Unterrichtseinheit

4.2.5 Unterrichtskonzept Teil 2: Projektarbeit

4.2.6 Unterrichtskonzept Teil 3: Ausbildungslabor

4.2.7 Integration in die Lehramtsausbildung

4.3 Homepage QuantumLab

5 Diskussion, Zusammenfassung und Ausblick

5.1 Diskussion zur Annahme des Konzepts

5.2 Zusammenfassung

5.3 Ausblick auf weitere Arbeiten.

Notes:

Description based on print version record.

PublicationDate: 20100815

ISBN:

3-8325-9902-9

OCLC:

1021804825