English


HLAVNÍ STRANALaboratoře a učebnyStudijní materiályZkouškyBakalářské práceDiplomové práceDisertační práce

Témata bakalářských prací

Téma Vedoucí
Optimalizace sklonu solárního panelu J. Bajer
Elektrostatický lifter a iontový motor J. Bajer
Překonání difrakčního limitu v jednocestné nekoherentní holografii s digitální rekonstrukcí obrazu Z. Bouchal
Projev časové koherence světla v bodových korelačních záznamech nekoherentní holografie Z. Bouchal
Kvantový šum světla s klasickou pamětí R. Filip
Dynamika nanočástic v optických pastích M. Gavenda
Pokročilé modulační formáty pro vysoce spektrálně efektivní optickou komunikaci M. Gavenda
Koherentní optické technologie pro systémy s vysokou přenosovou rychlostí M. Gavenda
Detekce mikrovlnného reliktového záření Z. Hradil
Měření netradičních vlastností optických polí Z. Hradil
Zúžená optická vlákna M. Ježek
Mikrokontrolery pro řízení optoelektronických měření M. Ježek
Digitální zpracování signálu pomocí programovatelných hradlových polí M. Ježek
Úzkopásmový jednofotonový zdroj M. Ježek
Experimentální kvantová fyzika s fotony M. Ježek
Stabilizace optických interferometrů M. Ježek
Ultra-broadband optical autocorrelator M. Ježek
Optický nelineární detektor M. Ježek
Komprese obrazu pro analýzu optických polí M. Ježek
Překonání difrakčního limitu zobrazení M. Ježek
Realizace detektoru fotonů s využitím několika lavinových diod M. Ježek
Zobrazení silně rozptylujících biologických objektů M. Ježek
Hyper-kódování kvantových bitů a jeho využití pro kvantové počítače M. Ježek
Frekvenční stabilizace laserové diody M. Ježek
Nové detektory s rozlišením počtu fotonů M. Ježek
Řízení polovodičových laserových diod M. Ježek
Testování stability a optimalizace provozních podmínek laseru jako zdroje excitačního záření v Ramanově spektroskopii J. Kapitán
Optimalizace poměru signál/šum CCD detektoru pro spektroskopická měření biologicky zajímavých látek J. Kapitán
Polarimetrický detektor pro určování stavu polarizace záření J. Kapitán
Kvantová zrcátka P. Marek
Kvantové zesilovače P. Marek
Analýza neznámého polarizačního stavu M. Mičuda
Vláknové integrované modulátory světla M. Miková
Konstrukce vláknového fázového modulátoru M. Miková
Rychlost šíření a disperze světla v optických vlnovodech M. Miková
Realizace depolarizovaného světla pomocí vláknové optiky M. Miková
Vylepšení pasivní stability vláknových interefrometrických zařízení M. Miková
Gaussovská vnitřní kvantová provázanost L. Mišta
Lasery čerpané laserovými diodami F. Petráš
Optické vláknové senzory s externím resonátorem F. Petráš
Fázová stabilita optických vláknových vazebních členů F. Petráš
Digitální holografie F. Petráš
Měření Planckovy konstanty s LED diodami F. Petráš
Konstrukce a hodnocení funkce odrazek typu kočičí oko J. Podloucký
Měření odrazivosti na spektrálním fotometru J. Podloucký
Měření profilu svazku polovodičového laseru J. Podloucký
Diode-laser frequency stabilization L. Slodička
Coherent manipulations on the quadrupolar transition of 40Ca+ ions L. Slodička
Trapping of single 40Ca+ ions L. Slodička
Zpomalené a zastavené světlo L. Slodička
Vlastnosti laserového světla a jak je měřit I. Straka
Časová spektroskopie světla na úrovni jednotlivých fotonů I. Straka
Měření kvantové statistiky jednotlivých fotonů I. Straka
Optický inkrementální snímač polohy Z. Řehoř
Srovnání vakuových a polovodičových detektorů optického záření Z. Řehoř
Secure communication over turbulent atmosphere V. Usenko
Bright light without classical analogy V. Usenko
When does a light noise provide security? V. Usenko
Quantum cryptography with noisy sources V. Usenko
Quantum key broadcasting V. Usenko
Atmospheric quantum key distribution V. Usenko
Možnosti úhlových měření na goniometru J. Wagner
Hodnocení vybraných kvalitativních parametrů optických přístrojů J. Wagner

 

Optimalizace sklonu solárního panelu

Vedoucí: prof. RNDr. Jiří Bajer, CSc.

Studie optimalizace sklonu solárního panelu na energetickou výtěžnost pro různé zeměpisné polohy, roční období, případně orientace střechy. Součástí řešení bude počítačový program.

Elektrostatický lifter a iontový motor

Vedoucí: prof. RNDr. Jiří Bajer, CSc.

Popis a princip elektrostatického lifteru a iontového motoru

Překonání difrakčního limitu v jednocestné nekoherentní holografii s digitální rekonstrukcí obrazu

Vedoucí: prof. Dr. RNDr. Zdeněk Bouchal

Jednocestná nekoherentní holografie je založena na provedení bodových holografických záznamů 3D objektů v prostorově nekoherentním světle a na následném digitálním zpracování záznamů a rekonstrukci obrazu. Provedení bodových korelačních záznamů je umožněno dělením vln pomocí prostorového modulátoru světla. Cílem bakalářské práce je prozkoumání základních souvislostí mezi parametry experimentu, geometrií záznamových vln a vlastnostmi digitálně rekonstruovaného obrazu. Pozornost bude zaměřena na porušení Lagrangeova invariantu v opticko-digitálním zobrazení a využití efektu pro překročení difrakčního limitu rozlišení. Teoretická a experimentální studie bude omezena na případ použití kvazimonochromatického, prostorově nekoherentního záření.

 

Projev časové koherence světla v bodových korelačních záznamech nekoherentní holografie

Vedoucí: prof. Dr. RNDr. Zdeněk Bouchal

V nekoherentní holografii, pracující s prostorově nekoherentním zářením, je obraz numericky rekonstruován z bodových korelačních záznamů, které je možné vytvořit v dvoucestném nebo jednocestném interferometru. Oba systémy mají rozdílnou míru stability a odolnosti ale jsou rozdílné i z hledika možnosti použití světla se sníženou časovou koherencí. Cílem bakalářské práce je prozkoumání vlastností bodových korelačních záznamů, které jsou ovlivněny koherenční délkou použitého světla, rozdílem optických drah a disperzními efekty. Pozornost bude také zaměřena na porovnání experimentů provedených s využitím refraktivní optiky nebo difraktivních struktur realizovaných pomocí prostorového modulátoru světla. Teoretické úvahy budou podpořeny simulacemi v prostředí Matlab a VirtualLab a ověřeny experimentálně.

 

Kvantový šum světla s klasickou pamětí

Vedoucí: doc. Mgr. Radim Filip Ph.D.

Kvantový šum může mít svou pamět, jeho destruktivní vliv na světlo je možné částečně přečíst pomocí následujícího pulsu. Jak opravit kvantový šum a jak účinná je tato metoda? Cílem bakalářské a následné diplomové práce je diskutovat rekonstrukci kvantových vlastností optických pulsů pod vlivem šumu s klasickou pamětí a navrhnout vhodný experiment testující tento princip. Požadavky: základní znalosti optiky, zájem o kvantovou optiku a počítačové simulace.

 

Dynamika nanočástic v optických pastích

Vedoucí: Mgr. Miroslav Gavenda, Ph.D.

Stochastické diferenciální rovnice (SDE) popisují dynamické chování systémů, kde jistou složku jejich časového vývoje je výhodnější popsat jako stochastickou (náhodnou) proměnou v čase. Příkladem stochastického procesu je Brownův pohyb. Pomocí SDE lze např. dobře popsat chování nanočástic v optických laserových pastích. Cílem práce je studium nejnovějších přístupů pro numerické řešení SDE, implementace vhodných algoritmů pro numerické řešení konkrétních úloh spojených s dynamikou částic v optických laserových pastích a vytvoření softwarové implementace vhodně využívající multiprocesorové a multijádrové kapacity gridových výpočetních center.

 

Pokročilé modulační formáty pro vysoce spektrálně efektivní optickou komunikaci

Vedoucí: Mgr. Miroslav Gavenda, Ph.D.

Optické vláknové komunikace hrají vedoucí úlohu při přenosu velkého množství infomace na dlouhé vzdálenosti. Při zvětšujících se požadavcích na přenosovou kapacitu optických sítí je potřeba uvážit, že limitujícím faktorem je omezené spektrum přenášených frekvencí. Cílem práce je studium pokročilých modulačních formátů v optických vláknových systémech (např. QPSK, DPSK, QAM), které dovolují zvýšit hustotu přenášených dat na jednu vlnovou délku. Práce bude obsahovat přehled modulačních formátů, simulaci konkrétní komunikační trasy a optimalizaci jejích parametrů např. v prostředí MATLAB.

 

Koherentní optické technologie pro systémy s vysokou přenosovou rychlostí

Vedoucí: Mgr. Miroslav Gavenda, Ph.D.

Optické vláknové komunikace hrají vedoucí úlohu při přenosu velkého množství dat na dlouhé vzdálenosti. Tradiční (nekoherentní) přenosové systémy využívají přímé detekce optického záření. Koherentní optické technologie využívají homodynní nebo heterodynní detekce jež výrazně zvyšuje citlivost a spektrální efektivitu komunikace oproti nekoherentní technologii. Cílem práce je studium koherentních optických technologií pro systémy s vysokou přenosovou rychlostí. Práce bude obsahovat princip technologie, přehled hlavních modulačních formátů, parametrů koherentní komunikační linky a její simulaci a optimalizaci např. v prostředí MATLAB.

 

Detekce mikrovlnného reliktového záření

Vedoucí: prof. RNDr. Zdeněk Hradil, CSc.

Cílem diplomové nebo bakalářské práce je seznámit se s projekty Evropské kosmické agentury (ESA) využívajících optické metody detekce. Zvláštní pozornost bude věnovaná současné misi Planck, jejímž cílem je v současné době nejpřesnější detekce nehomogenit v mikrovlnném reliktovém záření. Součástí práce bude rešerše technických metod a teoretická analýza s cílem ukázat, zda a za jakých podmínek by data mohla být využita pro studium koherenčních vlastností reliktového záření. Analýza bude založena na statistickém vzorkování harmonického signálu případně na úplné rekonstrukci funkce vzájemné koherence.

Doporučená literatura:
Projekt Planck, vědecké informace o projektu jsou obsaženy v odkazu Bluebook
Hradil Z., Řeháček J., Sanchez-Soto L.L., Quantum reconstruction of the mutual coherence function, Phys. Rev. Lett. 105, 010401 (2010).

 

Měření netradičních vlastností optických polí

Vedoucí: prof. RNDr. Zdeněk Hradil, CSc.

Detekční možnosti v optické oblasti jsou omezeny na měření několika málo veličin jako je například směr přicházejícího záření nebo poloha detekovaného pixelu. Cílem diplomové nebo bakalářské páce bude analýza možností, jak tuto detekci rozšířit i na takové vlastnosti jako je například náboj vortexového pole. Práce bude motivovaná technikami využívanými v kvantové mechanice, kdy je možné vytvořit transformaci „na objednávku“, která převede požadovanou veličinu na veličinu měřitelnou. Práce může být zaměřena na teoretický návrh optické filtrace nebo naopak na experimentální realizaci teoretického návrhu s využitím optické fázové modulace.

Doporučená literatura:
Hradil Z., Řeháček J., Sanchez-Soto L.L., Quantum reconstruction of the mutual coherence function, Phys. Rev. Lett. 105, 010401 (2010).

 

Zúžená optická vlákna

Vedoucí: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D.

Kónicky zúžená vlákna a vlákna se submikrometrovým průměrem mají mnoho aplikací v senzorice, optických komunikacích i základním výzkumu. Vysoká hustota optického výkonu v zúženém vlákně je zajímavá pro nelineární optiku a velký podíl evanescentního pole lze využít například k zachycení jednotlivých atomů či pro optické senzory. Práce je zaměřena na přípravu zúžených optických vláken, měření jejich parametrů a využití pro optické snímače. Student se v průběhu řešení práce seznámí s běžnými i speciálními optickými vlákny a základními technikami jejich manipulace a měření.

 

Mikrokontrolery pro řízení optoelektronických měření

Vedoucí: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D.

Jednočipové počítače představují snadný a flexibilní způsob automatizace komplikovanějších měřicích postupů. Jednotlivé prvky s různým rozhraním mohou být integrovány do jednoho systému, jehož funkcionalita je určena programem. Konkrétně v optických aplikacích je třeba ovládat zdroje světla, detektory, modulátory, polarizační kontrolery a další prvky. Cílem práce je automatizovat vybrané systémy a měření s využitím mikrokontrolerů Atmel. Předchozí zkušenosti s elektronikou jsou výhodou, ale nejsou nutné.

 

Digitální zpracování signálu pomocí programovatelných hradlových polí

Vedoucí: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D.

DSP s využitím FPGA je poměrně rozšířenou technikou nabízející vysokou rychlost zpracování signálu a relativně snadnou konfigurovatelnost. Práce je zaměřena na použití FPGA pro zpracování signálů z rychlých fotodetektorů a fotonových čítačů. Student získá základní znalosti programování FPGA a jazyka HDL (včetně open-source Python varianty MyHDL).

 

Úzkopásmový jednofotonový zdroj

Vedoucí: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D.

Konzultant: Mgr. Lukáš Slodička, Ph.D.

Světlo je vhodným nosičem informace pro účely komunikace, ale využití optického signálu pro zpracování informace je komplikované, především z důvodu velké rychlosti šíření a slabé interakce. Řešením je kvantová paměť, kde je stav světla zapsán do stavu látky. Kvantové paměti mohou “zastavit” světlo či provést operace nad kvantovým stavem, které nejsou jinak dostupné. Jedním z problémů čekajících na vyřešení je nekompatibilita šířky spektra současných zdrojů a šířky atomových přechodů látky použité pro kvantovou paměť. Cílem práce je konstrukce zdroje korelovaných fotonů s úzkým spektrem vhodným pro budoucí rozhraní s kvantovou pamětí. Požadavky: aktivní přístup a zájem o fyziku.

 

Experimentální kvantová fyzika s fotony

Vedoucí: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D.

Cílem práce je realizace a testování nových kvantových obvodů a přenos kvantově provázaných stavů fotonů reálnými komunikačními kanály. Student se seznámí s experimentálními a teoretickými základy optického kvantového zpracování informace. Práce může pokračovat v navazujících stupních studia. Požadavky: aktivní přístup a zájem o fyziku.

 

Stabilizace optických interferometrů

Vedoucí: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D.

Konzultant: Mgr. Martina Miková

Interferometrie je je velmi rozšířenou technikou v mnoha aplikacích, od mikroskopie po detekci gravitačních vln. Interference světla na úrovni jednotlivých fotonů také představuje základní metodu optických kvantových počítačů. Nestabilita interferenční fáze způsobená mechanickými a teplotními vlivy okolí patří mezi největší problémy, se kterými se všechny interferometrické aplikace potýkají. Cílem práce je realizace aktivní stabilizace interference se zaměřením na využití v kvantové komunikaci a informatice. Student se seznámí se základy optických interferometrů a souvisejících měření, metodami stabilizace a specifickými problémy interferometrie se slabými toky fotonů.

 

Ultra-broadband optical autocorrelator

Vedoucí: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D.

Konzultant Bc. Ivo Straka

Optical autocorrelation is commonly employed to measure duration of ultra-short laser pulses. The technique relies on detecting an interference of the signal by a detector with quadratic response. A real autocorrelator works only within a limited spectral bandwidth as both the optical setup and especially the quadratic detector employed are spectrally dependent. The main goal of the thesis is to extend this bandwidth and develop a cutting edge autocorrelation device operating from 0.4 to 1.6 um. The results will be applied to photon sources using multiple nonlinear light generation.

 

Optický nelineární detektor

Vedoucí: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D.

Vyrobit detektor světla, který má vysoký odstup signálu od šumu, velký dynamický rozsah a reaguje lineárně na dopadající záření není snadné. Vynalézt a sestavit kvalitní detektor, jehož odezva je nelineární dle předepsané závislosti (například kvadratická) pak představuje výzvu a současně cíl této práce. Jaký vybrat polovodičový materiál, jaký přechod, jak odfiltrovat šum elektrického zdroje, jak připojit a optimalizovat zesilovací obvod, to vše čeká na zájemce, který rád řeší problémy a má elementární znalosti elektroniky. Možné aplikace: měření ultra krátkých optických pulzů (ps a fs pulzy), testování UV detektorů tzv. slepých pro viditelné světlo nebo využití netradičních elektronických prvků pro detekci světla.

 

Komprese obrazu pro analýzu optických polí

Vedoucí: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D.

Je optický svazek na výstupu laseru nebo optického vlákna jednomódový nebo je tvořen součtem různých módů? Lze jednotlivé optické módy popsat elementárními funkcemi a jaký je minimální počet těchto modových funkcí potřebných pro věrný popis celého optického svazku? Práce by měla zodpovědět tyto otázky a dát do souvislosti některé techniky komprese obrazu s metodami optimálního měření a rekonstrukce optických polí.

 

Překonání difrakčního limitu zobrazení

Vedoucí: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D.

Nejmenší vzdálenost mezi dvěma detaily předmětu, které ještě dokážeme opticky rozlišit, není určena technickou dokonalostí použité čočky či mikroskopu, ale fyzikálními principy. Konkrétně difrakce použitého záření prakticky znemožňuje zobrazení s rozlišením menším než polovina vlnové délky a to pouze v případě dostatečné numerické apertury (Rayleighova mez). Překonáváte rádi omezení? Cílem experimentálně orientované práce je zvýšení prostorového rozlišení reálného zobrazovacího systému a možná i překonání Rayleighova limitu.

 

Realizace detektoru fotonů s využitím několika lavinových diod

Vedoucí: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D.

Detekce jednotlivých kvant světla, fotonů, představuje důležitou metodu moderní optiky. Sensitivita, kvantová účinnost, rychlost odezvy a dynamický rozsah představují jen některé důležité parametry detektoru fotonů. Cílem práce je realizace a experimentální charakterizace jednofotonového detektoru kombinujícího několik lavinových diod. Důraz bude kladen na určení efektivní mrtvé doby detektoru, jeho účinnosti a dynamického rozsahu. Téma lze doplnit podle zájmu například návrhem a realizací vlastní elektronické jednotky zpracovávající signál, teoretickým modelem saturačních efektů v detektoru nebo aplikací vytvořeného zařízení pro detekci neklasických stavů světla.

 

Zobrazení silně rozptylujících biologických objektů

Vedoucí: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D.

Základní motivací práce je in vivo diagnostika struktur v biologických a medicínských vzorcích silně rozptylujících světlo, například časné odhalení nádorů prsu. Po optické stránce jde o náročný úkol zobrazení či vizualizace objektu obklopeného nehomogenním rozptylujícím prostředím. Dokážeme vidět do živého organismu? Hlavní výzvou práce je překonání stávající rozlišovací meze zhruba 5 mm při zobrazování skrz 5 cm měkké tkáně.

 

Hyper-kódování kvantových bitů a jeho využití pro kvantové počítače

Vedoucí: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D.

Konzultant: Mgr. Michal Mičuda

Kódování informace do jednotlivých kvant světla, fotonů, zefektivňuje některé komunikační a výpočetní operace a umožňuje testovat základní principy budoucích kvantových počítačů. Další cestou zvýšení hustoty uložení a efektivity zpracování informace je hyper-kódování, tedy přenos více kvantových bitů jediným fotonem. Cílem práce je příprava hyper-kódovaných kvantových bitů a realizace kvantových logických hradel využívajících toto kódování. V průběhu práce se student seznámí s teoretickými a experimentálními aspekty kódování kvantových bitů a základními technikami kvantového zpracování informace. Téma může být dle zájmu studenta a typu práce (bc/mgr) upraveno či zaměřeno více na související optickou technologii, například na návrh specializovaných součástek pro efektivní kódování.

 

 

Frekvenční stabilizace laserové diody

Vedoucí: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D.

Konzultant: Mgr. Ivo Straka

Cílem práce je zúžení spektra a změna módové struktury polovodičové laserové diody s využitím externí zpětné vazby. Student se seznámí s vlastnostmi moderních polovodičových laserů a metodami frekvenční stabilizace. Součástí práce bude charakterizace spektrálních vlastností a stability výsledného laserového systému. Práce je experimentálně orientovaná, ale nevyžaduje předchozí zkušenosti s optikou či elektronikou.

 

Nové detektory s rozlišením počtu fotonů

Vedoucí: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D.
konzultant: Mgr. Ivo Straka  

Detekce jednotlivých kvant světla, fotonů, představuje důležitou metodu moderní optiky. Schopnost rozlišit počet fotonů v příchozím optickém signálu patří mezi důležité parametry detektoru společně s kvantovou účinností, rychlostí odezvy a dynamickým rozsahem. Cílem práce je realizace a experimentální charakterizace jednofotonového detektoru s rozlišením počtu fotonů. Důraz bude kladen na určení efektivní mrtvé doby detektoru, jeho účinnosti a dynamického rozsahu. V tématu lze dále pokračovat například realizací vlastního elektronického rozhraní pro zpracování fotodetekčního signálu nebo využitím detektoru pro měření v kvantové optice.

 

Řízení polovodičových laserových diod

Vedoucí: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D. | Konzultant: Mgr. Ivo Straka

Optický výkon a spektrum laserové diody závisí citlivě na čerpacím proudu, teplotě a dalších podmínkách. Cílem práce je prozkoumat tuto závislost a zkonstruovat proudovou a teplotní stabilizaci diody. Téma bude dle zájmu studenta a typu práce (bc/mgr) zaměřeno na návrh a testování elektroniky, přesné měření optických parametrů nebo nastavení zpětnovazební smyčky pro optimální stabilitu laserové diody.

 

Testování stability a optimalizace provozních podmínek laseru jako zdroje excitačního záření v Ramanově spektroskopii

Vedoucí: RNDr. Josef Kapitán, Ph.D.

Cílem práce je testovat stabilitu laseru v různých výkonových režimech a navrhnout optimální provozní podmínky laseru jako zdroje záření pro diferenciální Ramanovu spektroskopii, která klade vysoké požadavky na stabilitu výkonu laseru. Zásady pro vypracování:

  1. Seznámit se s principem činnosti a metodou stabilizace diodami čerpaného pevnolátkového laseru a He-Ne laseru.
  2. Seznámit se s detektory používanými při měření výkonu laseru.
  3. Proměřit stabilitu výkonu laseru pro různé časové škály a hodnoty výkonu laseru VERDI, pro srovnání proměřit fluktuace výkonu He-Ne laseru a komerčního laserového ukazovátka.
  4. Diskutovat a proměřit možnosti zeslabení výkonu laseru pomocí externích optických prvků a stanovit jejich vliv na stability výstupního výkonu.
  5. Diskutovat vliv zpětných reflexí na stabilitu laseru a ověřit možnost uplatnění Faradayova isolátoru.

Doporučená literatura:
Specifikace laseru Coherent VERDI
B. E. A. Saleh, M. C. Teich: Základy fotoniky

 

Optimalizace poměru signál/šum CCD detektoru pro spektroskopická měření biologicky zajímavých látek

Vedoucí: RNDr. Josef Kapitán, Ph.D.

Zásady pro vypracování:

  1. Seznámit se s základními typy digitálních senzorů používaných ve vědecké praxi (CCD, ICCD, EMCCD, CMOS), popsat jejich základní funkci a využití.
  2. Popsat architekturu a funkci čipu CCD.
  3. Popsat zdroje šumu při detekci a záznamu signálu z CCD.
  4. Popsat velikost hodnoty signálu a šumu v závislosti na nastavení CCD, tj. frekvenci odečtu, hodnoty zesílení, seskupování pixelů (binning) apod.
  5. Teoreticky předpovědět a experimentálně ověřit poměr signál/šum u měření Ramanových spekter látek s rozdílnou intenzitou rozptýleného záření (vodného a nevodného rozpouštědla) pro různá nastavení odečtu signálu z CCD.
  6. Diskutovat optimální nastavení CCD pro měření roztoků biologicky zajímavých látek.

Doporučená literatura: www.andor.com

 

Polarimetrický detektor pro určování stavu polarizace záření

Vedoucí: RNDr. Josef Kapitán, Ph.D.

Pro měření spekter Ramanovy optické aktivity je klíčová generace čistých stavů polarizovaného záření. Cílem práce bude podílet se na stavbě polarimetrického zařízení pro detekci polarizačního stavu záření. Zásady pro vypracování:

  1. Popsat metody charakterizace polarizace záření a polarizační stavy záření.
  2. Popsat optické prvky používané při přípravě lineárně a kruhově polarizovaného záření.
  3. Navrhnout experimentální sestavu a provést měření elipticity záření pomocí dvou polarizátorů.
  4. Navrhnout sestavu pro určení stavu a stupně polarizace pomocí rotující čtvrtvlnné destičky a polarizátoru.
  5. Navrhnout optimální grafickou reprezentaci naměřených výsledků a podílet na vývoji automatického systému ovládaného pomocí PC a vhodného grafického rozhraní.

Doporučená literatura: B. E. A. Saleh, M. C. Teich: Základy fotoniky.

 

Kvantová zrcátka

Vedoucí: Mgr. Petr Marek, Ph.D.

V posledních letech je vyvíjeno velké úsilí za cílem pozorovat kvantové efekty, spojované hlavně s jednotlivými subatomárními částicemi a fotony, i u makroskopických oběktů, jako jsou například zrcátka. Náplní práce bude analyzovat stávající metody přípravy kvantových stavů těchto mechanických systémů a navrhnout nové.

 

Kvantové zesilovače

Vedoucí: Mgr. Petr Marek, Ph.D.

Světelné signály používané při kvantové komunikaci jsou velice slabé a , v důsledku, velice náchylné na vliv šumu a ztrát. V klasické komunikaci se ztráty dají kompenzovat zesílením, což však není možné provést v kvantovém případě, neboť zesílení s sebou přináší i nežádoucí šum. V poslední době se však objevilo několik návrhů zesilovačů, které obcházejí tradiční postupy a zesilují signál bezšumové, byť jen s určitou pravděpodobností. Cílem práce bude analyzovat jednak tyto zesilovače, jednak jejich praktické využití.

 

Analýza neznámého polarizačního stavu

Vedoucí: Mgr. Michal Mičuda

Každý odraz a lom světla na rozhraní dvou prostředí může změnit polarizační stav světla. Ne vždy je tato změna vítána. Cílem práce je popis a zmapování změn polarizačního stavu světla a to pro různé úhly odrazu od zrcátka a hranolu. Znalost těchto polarizačních změn nám dá hlubší náhled na experimentální uspořádání využívající objemovou optiku.

 

Vláknové integrované modulátory světla

Vedoucí: Mgr. Martina Miková

Konzultant: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D.

Fázové, intenzitní či polarizační modulátory na bázi integrované optiky představují klíčové prvky moderních vláknových komunikačních systémů. Znalost základních parametrů modulátorů, jako časová či spektrální odezva, představuje nutnou podmínku úspěšného návrhu celé komunikační linky. Cílem práce je měření těchto parametrů především u fázových optických modulátorů a vzájemné porovnání výsledků získaných různými měřícími metodami. Student si v průběhu řešení práce osvojí základní práci v optické laboratoři a manipulaci s aktivními vláknovými optickými komponentami.

 

Konstrukce vláknového fázového modulátoru

Vedoucí: Mgr. Martina Miková

Konzultant: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D.

Hlavním cílem práce je konstrukce fázového modulátoru založeného na změně délky optického vlákna s využitím piezoelektrického krystalu. Součástí práce bude návrh, konstrukce a charakterizace modulátoru a jeho využití pro kódování informace v jednoduché vláknové komunikační lince. Student se v průběhu práce seznámí s jednomodovými, polarizaci udržujícími optickými vlákny a dalšími optickými prvky.

 

Rychlost šíření a disperze světla v optických vlnovodech

Vedoucí: Mgr. Martina Miková

Konzultant: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D.

Hlavním cílem práce je studium disperze světla v optických vlnovodech jak po teoretické tak experimentální stránce. Student se v laboratoři seznámí s jednomodovými, polarizaci udržujícími i neudržujícími optickými vlákny a dalšími optickými prvky. Sestrojí vláknový interferometr nebo jiné vhodné zařízení, s jehož pomocí experimentálně ověří teoretický model.

 

Realizace depolarizovaného světla pomocí vláknové optiky

Vedoucí: Mgr. Martina Miková

Konzultant: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D.

Hlavním cílem práce je realizace depolarizátoru světla pomocí prvků vláknové optiky. Student sestrojí vláknový depolarizátor a jeho funkčnost bude charakterizovat pomocí polarizační analýzy výstupního signálu. V průběhu práce si student osvojí pojmy související s polarizací světla: stupeň polarizace, Poincarého a Stokesovy parametry atd. a to jak po teoretické tak experimentální stránce. V laboratoři se student seznámí s jednomodovými, polarizaci udržujícími i neudržujícími optickými vlákny a s dalšími optickými komponentami.

 

Vylepšení pasivní stability vláknových interefrometrických zařízení

Vedoucí: Mgr. Martina Miková

Konzultant: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D.

Hlavním cílem práce je zkoumat a vylepšovat pasivní stabilitu vláknového interferometru. Student sestrojí vláknový interferometr, u kterého ze bude snažit prodloužit dobu jeho fázové stability. Například pomocí mechanických krytů experimentu, izolačních materiálů, sestrojením zařízení, které celý experiment umístí do podtlaku a tím utlumí přenos mechanických vibrací, atp... V průběhu této práce si student zkusí nejen základní laboratorní dovednosti a práci s objemovými i vláknovými optickými komponentami, ale i realizace jednotlivých mechanických izolátorů experimentu. Cílem bude jednotlivé metody izolace vyhodnotit a navzájem mezi sebou porovnat.

 

Gaussovská vnitřní kvantová provázanost

Vedoucí: doc. Mgr. Ladislav Mišta, Ph.D.

Kvantová provázanost je synonymem pro korelace mezi dvěma nebo více kvantovými systémy, které nelze vytvořit pomocí lokálních operací a klasické komunikace. Pro porozumění a účinné využívání kvantové provázanosti je důležité být schopen ji nejen detekovat, ale i kvantifikovat. Míry kvantové provázanosti, které jsou v současnosti využívány, lze buď spočítat, nebo mají význam v nějakém kvantově informačním protokolu, ale nemají obě tyto vlastnosti současně. Práce se bude věnovat studiu nové míry gaussovské kvantové provázanosti zvané gaussovská vnitřní provázanost (GIE), která je kompromisem mezi těmito dvěma extrémy. Doposud se tuto míru podařilo spočítat pouze pro některé speciální třídy dvou-módových gaussovských stavů a ukázalo se, že ve všech těchto případech je optimální, když spolupracující strany provádějí homodynní detekci kvadratur na svých módech. Další analýza také odhalila, že pro všechny stavy, pro něž se GIE podařila spočítat, je ekvivalentní s jinou mírou gaussovské kvantové provázanosti zvanou gaussovská Rényiho-2 provázanost, což vede k domněnce, že tyto míry jsou ekvivalentní pro všechny bipartitní gaussovské stavy. Prvním cílem práce bude zjistit, zda je možné GIE spočítat analytickými případně numerickými prostředky pro další gaussovské stavy. Zvláštní pozornost zde budeme věnovat otázce, zda existují stavy, pro které homodynní detekce není optimálním měřením, neboť potom optimalita homodynní detekce nebude obecnou vlastností GIE. Druhým cílem práce bude srovnání obdržených výsledků pro GIE s gaussovskou Rényiho-2 provázaností, které buď dále podpoří, nebo naopak vyvrátí domněnku o ekvivalenci těchto dvou měr. Podrobnější informace o tématu práce jsou k dispozici zde.

 

Foucaultovo kyvadlo

Vedoucí: prof. RNDr. Tomáš Opatrný, Dr.

V prostoru hlavního schodiště budovy PřF je ideální prostor pro umístění Foucaultova kyvadla. Šikovný student, který se úspěšně zhostí této úlohy, po sobě zanechá na fakultě trvalou stopu. Cílem práce je navrhnout a sestavit toto kyvadlo spolu s elektronickým pohonem, který by toto kyvadlo udržoval v pohybu. Student ve své práci nejprve provede rešerši týkající se různých technických řešení Foucaltova kyvadla, vybere a případně navrhne řešení vhodné pro budovu PřF, zařízení zkonstruuje (za pomoci technické podpory ze strany PřF). V případě diplomové práce navíc provede detailní studii pohybu Foucaultova kyvadla a jeho souvislostí s dalšími fyzikálními jevy (geometrická fáze, atd.).

 

Lasery čerpané laserovými diodami

Vedoucí: RNDr. František Petráš

Analýza specifických vlastností a možností konstrukce laserů tohoto typu a experimentální realizace takového laseru v laboratoři.

 

Optické vláknové senzory s externím resonátorem

Vedoucí: RNDr. František Petráš

Přehled typů optických vláknových senzorů se zaměřením na takzvané fázové senzory a realizace takového senzoru v laboratoři.

 

Fázová stabilita optických vláknových vazebních členů

Vedoucí: RNDr. František Petráš

Studie a realizace aparatury na měření fázové stability optických vláknových vazebních členů- „kaplerů“ v laboratoři.

 

Digitální holografie

Vedoucí: RNDr. František Petráš

Studie a experimentální práce laboratoři se zaměřením na vybranou aktuální tématiku,realizace aparatury s využitím optických vláknových členů. Požadovaná zkušenost s programem MATLAB.

 

Měření Planckovy konstanty s LED diodami

Vedoucí: RNDr. František Petráš

Sestavení optelektronického obvodu s Operačními zesilovači a LED diodami pro nalezení a experimentální ověření velikosti Planckovy konstanty.

 

Konstrukce a hodnocení funkce odrazek typu kočičí oko

Vedoucí: RNDr. Jan Podloucký

Cílem práce je: 1. zpracovat přehled optických prvků, u kterých se využívá vratného odrazu 2. analýza návrhu skleněných odrazek typu „kočičí oko“ 3. návrh způsobu měření a hodnocení odrazek používaných v silničních knoflících 4. demonstrace postupu měření a vyhodnocení funkce odrazek

 

Měření odrazivosti na spektrálním fotometru

Vedoucí: RNDr. Jan Podloucký

Cílem práce je: 1. zpracovat přehled optických prvků, u nichž je třeba znát hodnoty odrazivosti 2. vypracovat postup měření na komerčním spektrofotometru Perkin Elmer 3. prakticky zjistit rozsah použitelnosti spektrofotometru pro měření odrazivosti (měření malých a velkých hodnot odrazivostí, rozsahy úhlů dopadu, kalibrace) 4. navrhnout a prozkoumat postupy k potlačení vlivu odrazu na zadní straně vzorku 5. praktickým měřením demonstrovat účinnost navržených postupů

 

Měření profilu svazku polovodičového laseru

Vedoucí: RNDr. Jan Podloucký

Prostudujte způsoby měření a hodnocení profilu laserového svazku polovodičového laseru a navzájem srovnejte výsledky měření získané pomocí zařízení dostupných na katedře optiky.

 

Optický inkrementální snímač polohy

Vedoucí: Dr. Ing. Zdeněk Řehoř

Proveďte analýzu stávajících kontaktních a bezkontaktních snímačů polohy. Zaměřte se zejména na rozlišovací schopnost detektoru a chybu měření (opakovatelnosti vystavení polohy). Dále se zaměřte na dvoukanálové kvadraturní snímače a to zejména z hlediska přesnosti a požadavků na jejich modulačních rastry. Navrhněte tříkanálový rotační snímač polohy a vhodný modulační rastr. Experimentálně ověřte vlastnosti navrženého rastru a srovnejte je s vyhledávacími paterny využívanými u bezkontatkních snímačů polohy (např. u senzoru optické myši).
Doporučená literatura:
Labrooy, R: Optical Incremental Encoders as Position Transducers; Prentice-Hall Inc, Wahington, 2008, ISBN:0-87483-492-5.
Slocum, A. H.: Precision Machine Design; Prentice-Hall Inc, Wahington, 2002, ISBN:0-87263-492-2.

 

Srovnání vakuových a polovodičových detektorů optického záření

Vedoucí: Dr. Ing. Zdeněk Řehoř

Srovnejte základní elektronické a optické parametry plošných detektorů optického záření. Zaměřte se zejména na srovnání spektrální a frekvenční (časové) vlastnosti a požadavky na navazující elektronický obvod. Analyzujte chování těchto prvků pro dopadající amplitudově modulovaný optický signál. Experimentálně ověřte chování zvolených detektorů v podmínkách elektrostatického a elektromagnetického rušení.
Doporučená literatura:
Webster, J., G.: The measurement instrumentation and senzors; Springer Verlag New York, 2009, ISBN: 3-540-64830-5.
Kingston, R., H.: Optical Sources, Detectors, and Systems: Fundamentals and Applications, Academic Press, 2005, ISBN: 0-124-08655-1

 

Diode-laser frequency stabilization

Vedoucí: Mgr. Lukáš Slodička, Ph.D. | konzultant: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D.

The frequency of a laser diode typically suffers from instabilities due to the changes of the environmental parameters. However, in many applications the possibility of a precise control of the laser frequency and its stability is of critical importance.

The proposed thesis will be focused on the experimental realization of diode laser frequency stabilization on the Doppler free resonance of hot atomic vapour. Student will acquire knowledge about most popular pump-probe stabilization techniques to atomic resonances and stabilization of the lasers to reference optical cavities. Experimental part of the thesis will correspond to the realization of saturation absorbtion spectroscopy lock of commercial diode laser setup on the D1 line of 87Rb atomic ensemble.

Saturation absorbtion spectroscopy with Rubidium – tutorial.

 

Coherent manipulations on the quadrupolar transition of 40Ca+ ions

Vedoucí: Mgr. Lukáš Slodička, Ph.D. | konzultant: doc. Mgr. Radim Filip, Ph.D.

Our team is developing challenging experimental setup with the ability of storing single 40Ca+ ions in Paul trap. The main focus of the experiment will be generation, manipulation and measurement of ion’s motional states.

The main goal of the thesis will be experimental realization of the diode laser setup at 729 nm for precision spectroscopy on the quadrupolar 4S1/2 <-> 3D5/2 transition of 40Ca+. The work will cover basic theoretical description of coherent atom-light interactions on the quadrupolar transition including atomic motion in the Lamb-Dicke regime. The implementation of the 729 nm laser system will present a crucial part of the experimental setup, allowing for observations of quantum jumps, manipulation of the electronic and motional quantum state and cooling of the ions to their motional ground state.

Examples of similar thesis and references can be found here and here.

 

Trapping of single 40Ca+ ions

Vedoucí: Mgr. Lukáš Slodička, Ph.D.

Our team is developing experimental setup with the ability of storing single 40Ca+ ions in Paul trap. The main focus of the experiment will be generation, manipulation and measurement of ion’s motional states.

In the course of the thesis, student will become familiar with the experimental techniques necessary for producing ultra-high-vacuum and contribute to the planning and assembly of the vacuum vessel containing Paul trap and atomic ovens. The thesis should present a detailed overview of procedures carried out towards obtaining a high quality vacuum in a room-temperature ion trap setup and results from the measurements using mass spectrometer. In the next step, the functionality of the setup will be tested by a series of measurements leading to trapping and observation of 40Ca+ ions.

Examples of similar thesis and references can be found here and here

 

Zpomalené a zastavené světlo

Vedoucí: Mgr. Lukáš Slodička, Ph.D.

Efektivní kvantová paměť zachovávající neklasické vlastnosti uložených stavů světla zůstává v kvantově-optických komunikacích jednou z nejdůležitějších nevyřešených experimentálních výzev. Cílem této práce bude realizace kvantové paměti založené na elektromagneticky indukované transparenci (EIT) v ohřátém obláčku atomů. Experimentální realizace bude začínat obeznámením studenta s potřebnými technikami v oblasti optiky a elektroniky. V rámci práce by se mělo realizovat několik dílčích úkolů, například příprava radiofrekvenčního zdroje pro přesnou fázovou modulaci laserového svazku, spektroskopické měření EIT rezonancí nebo měření časového zpoždění signálních laserových pulzů.

 

Vlastnosti laserového světla a jak je měřit

Vedoucí: Bc. Ivo Straka | konzultant: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D.

Cílem práce je seznámit se se základními charakteristikami laserového záření a jejich měřením. Konkrétně bude zkoumán výkon, prostorový profil a šířka svazku, koherenční délka, spektrum a korelační funkce různých typů laserů (plynový, polovodičový, pevnolátkový čerpaný laserovou diodou, vláknový pulzní laser). Zajímá Vás, jak se liší světlo vyzařované svítivou diodou a laserem nebo jak se mění šum polovodičového laseru v závislosti na přiloženém elektrickém proudu? Bakalářská práce Vám umožní odpovědět na tyto otázky, které hrají kritickou roli ve všech optických experimentech, a propojit fyzikální teorii s reálnými systémy.

 

Časová spektroskopie světla na úrovni jednotlivých fotonů

Vedoucí: Mgr. Ivo Straka | Konzultant: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D.

Měření času příchodu jednotlivých fotonů z testovaného vzorku představuje důležitý zdroj informace o probíhajících fyzikálních procesech. Může se jednat o časové rozlišení fluorescence v biologickém preparátu, charakterizaci zdroje jednotlivých fotonů, analýzu kvantového logického hradla nebo studium chování kvantových teček. Výsledky měření jsou však ovlivněny také vlastnostmi použitých detektorů a v neposlední řadě použitým převodníkem časových údajů do digitální podoby. Cílem práce je testování různých způsobů získání časové informace o detekci jednotlivých fotonů, vlastností detektorů a detekční elektroniky. Student se bude věnovat časovému rozlišení jednotlivých metod, chování v oblasti blízko saturace detektorů a dalším souvisejícím otázkám. Součástí práce bude softwarové zpracování dat z převodníku založeném na FPGA s rozlišením 10^-10 s a jeho kalibrace.

 

Měření kvantové statistiky jednotlivých fotonů

Vedoucí: Mgr. Ivo Straka | Konzultant: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D.

Statistické vlastnosti světla na úrovni jednotlivých fotonů jsou nerozlučně spojeny s kvantovým zpracováním informace a hrají klíčovou roli v různých odvětvích kvantové optiky. Existují zdroje světla, jejichž chování nelze popsat jako klasické elektromagnetické vlnění. Jak kvalitně ale toto chování můžeme měřit, zcela závisí na mazanosti uspořádání supercitlivých detektorů schopných rozpoznávat jednotlivé fotony a na tom, jak jsme schopni zpracovat jejich elektronický signál. Předmětem práce bude realizovat a porovnat různé metody měření fotonové statistiky. Jak lze účinně zkombinovat více detektorů a můžeme poznat plynovou výbojku od laseru? Jak se vypořádat s omezenou účinností, šumem, saturací, lze je nějak obejít? Budete svědky, jak se identické fotony shlukují do párů. Jako prostředky si vyzkoušíte logické zpracování pulzů NIM, použití TAC/SCA převodníků nebo možnosti časových záznamů detekcí s přesností na zlomek nanosekundy. Hledáme studenta, kterého zajímá kvantová fyzika v kontextu současných experimentálních možností a nebojí se matematiky.
Prerekvizity: zvědavost, zvládnutí mat. a fyz. látky na úrovni vašeho ročníku.
Nabízíme: změnu otázek “Ale proč?” na otázky “Jak?” a “Proč to zatraceně...?!”

 

Secure communication over turbulent atmosphere

Superviser: Vladyslav Usenko, Ph.D.

The goal of the project is the investigation of atmospheric effects influence on the quantum key distribution protocols, which are aimed at unconditionally secure communication between trusted parties. How to overcome the atmospheric turbulence for quantum states of weak laser beams? Our results will be directly checked through the established collaboration with the leading experimental group in Erlangen. The project opens perspectives for long-distance quantum communications, including extraterrestrial satellite links.

 

Bright light without classical analogy

Superviser: Vladyslav Usenko, Ph.D.

The project is aimed at the development of criteria for characterization of nonclassical properties of macroscopic bright optical beams which do not admit any classical explanation. How to justify continuous fluctuations to be not compatible with the classical description of light? The research will be conducted in collaboration with the leading quantum optical laboratories in Erlangen and will open perspectives towards novel quantum communication protocols on the basis of macroscopic states of light.

 

When does a light noise provide security?

Superviser: Vladyslav Usenko, Ph.D.

The project goal is to clarify very basic and fundamental question: why noise of light can be used to detect presence of a quantum hacker and what are minimal requirements to reach this advanced level of security? The project allows to get a deep insight to the most interesting and provoking application of quantum optics -- secure quantum key distribution, and to a basic level of quantum information theory. It is suitable for those interested in information and communication theory.

 

Quantum cryptography with noisy sources
<

Katedra optiky

Přírodovědecká fakulta
Univerzita Palackého

17. listopadu 12
77146 Olomouc

tel: +420 585 634 253
fax: +420 585 634 002
e-mail : kaspirova(a)optics.upol.cz

Fakturační adresa

Přírodovědecká fakulta
Univerzita Palackého

tř. 17. listopadu 12
77146 Olomouc

IČ :61989592
DIČ :CZ61989592
e-mail : kaspirova(a)optics.upol.cz