HLAVNÍ STRANALaboratoře a učebnyStudijní materiályZkouškyBakalářské práceDiplomové práceDisertační práce

Témata diplomových prací

Téma Vedoucí
Optický systém s adaptivní optikou pro optometrické účely M. Paúr
Modální sorter využívající kaskády fázových masek B. Stoklasa
Rekonstrukce koherenční matice v x-reprezentaci pomocí neklasického Hartmannova senzoru M. Paúr
Tomografická rekonstrukce dat plenoptické kamery B. Stoklasa
Využití prostorových modulátorů světla v aplikacích s kvadratickou modulací fáze Z. Bouchal
Algoritmy pro rekonstrukci obrazu v digitální holografii Z. Bouchal
Kvantové efekty v limitě velké teploty R. Filip
Kvantové měření s minimální poruchou R. Filip
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
Nové detektory s rozlišením počtu fotonů M. Ježek
Zobrazení silně rozptylujících biologických objektů M. Ježek
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
Hyper-kódování kvantových bitů a jeho využití pro kvantové počítače M. Ježek
Řízení polovodičových laserových diod M. Ježek
Frekvenční stabilizace laserové diody M. Ježek
Využití kapalných krystalů pro kvantové počítače M. Ježek
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
Nízkošumový A/D převodník pro maticový optický detektor Z. Řehoř
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
Časová spektroskopie světla na úrovni jednotlivých fotonů I. Straka
Měření kvantové statistiky jednotlivých fotonů I. Straka

 

Témata diplomových prací ve spolupráci s firmami

Téma Firma Vedoucí
Software Mathematica-Optica a modelování optických měřících zařízení Meopta-optika s.r.o. Mgr. Bohumil Stoklasa, Ph.D.
Využití polarizace světla pro měření pnutí v optických sestavách Meopta-optika s.r.o. Ing. Jakub Lelek
Prostorové metody vyhodnocování interferogramu bez prostorového nosiče Meopta-optika s.r.o. Mgr. Petr Schovánek
Generování umělých optických povrchů pro toleranční analýzu optických soustav Meopta-optika s.r.o. Mgr. Bohumil Stoklasa, Ph.D.
Metody měření vlnoplochy litografických objektivů Meopta-optika s.r.o. Mgr. Libor Moťka, Ph.D.
Reprezentace multi-modových laserových svazků a jejich měření pomocí Shack-Hartmann tomografie Meopta-optika s.r.o. Mgr. Bohumil Stoklasa, Ph.D.
Kalibrace parametrů CCD / CMOS kamer Meopta-optika s.r.o. Mgr. Bohumil Stoklasa, Ph.D.
Metody Monte Carlo při toleranční analýze optických soustav Meopta-optika s.r.o. Ing. Milan Matela
Simulace rozptylu světla pro analýzy stray light optických soustav Meopta-optika s.r.o. Ing. Jaroslav Hopp, Ph.D.
Odolnost a životnost optických elementů Meopta-optika s.r.o. Ing. Libor Úlehla
Využití difraktivních optických elementů v návrhu optických soustav Meopta-optika s.r.o. Ing. Jaroslav Hopp, Ph.D.
Algoritmy globální optimalizace optických soustav Meopta-optika s.r.o. Ing. Jaroslav Hopp, Ph.D.
Vytvoření metodiky pro posouzení homogenity světla zadních svítilen Hella Autotechnik, s.r.o. Ing. Radomír Malina, Ph.D.
Vyhodnocení barevných simulací zadních svítilen Hella Autotechnik, s.r.o. Ing. Radomír Malina, Ph.D.
Moderní metody osvětlovacích soustav v automobilovém průmyslu. Hella Autotechnik, s.r.o. Mgr. Radim Paleček

 

Optický systém s adaptivní optikou pro optometrické účely

Vedoucí: Mgr. Martin Paúr

Konzultant: Mgr. Bohumil Stoklasa, Ph.D.

Adaptivní optika v optometrii může posloužit pro výzkum vlivu optických aberací vyšších řádů na kvalitu vidění nebo naopak pro kompenzaci dopředu naměřených aberací konkrétního oka. Takový systém musí zahrnovat generaci pozorovaných paternů, systém adaptivní modulace vlnoplochy a jejího měření pomocí Shack-Hartmannova senzoru a nutné optické přizpůsobení příčných rozměrů všech prvků. Cílem práce je návrh optické soustavy adaptivní optiky pro optometrii s využitím DMD prvku a adaptivního zrcadla a následná realizace v laboratoři.

 

Modální sorter využívající kaskády fázových masek

Vedoucí: Mgr. Bohumil Stoklasa, Ph.D.

Konzultant: Mgr. Martin Paúr

Schopnost prostorově separovat složky optického signálu odpovídající zvoleným bázovým funkcím může být využita v řadě moderních informačních protokolů, jako například pro super-rozlišení v zobrazování. Pro maximálně účinnou separaci je výhodné využít kaskády fázových masek a šíření volným prostorem. Cílem diplomové práce bude provést výpočet fázových masek systému pro dané bázové funkce a experimentální realizaci zařízení pomocí prostorového modulátoru světla.

 

Rekonstrukce koherenční matice v x-reprezentaci pomocí neklasického Hartmannova senzoru

Vedoucí: Mgr. Martin Paúr

Konzultant: Mgr. Bohumil Stoklasa, Ph.D.

Prostorová koherence, v diskrétní formě popsána koherenční maticí, je důležitou kvantitou v řadě oblastí optiky. Jako konkrétní případ lze uvést charakteristiku excimerových laserů v polovodičovém průmyslu. Cílem práce je realizovat měření prostorové koherence pomocí DMD modulátoru, prvku využívaném v digitální projekci nebo 3D tiskárnách. DMD bude využit v konfiguraci Hartmannova senzoru v neklasickém režimu pro dosažení velkého rozlišení měření.

 

Tomografická rekonstrukce dat plenoptické kamery

Vedoucí: Mgr. Bohumil Stoklasa, Ph.D.

Plenoptické kamery jsou zařízení schopné detekovat kromě 2D obrazu také jednotlivé směry paprsků v jeho konkrétních místech. To umožňuje digitálně přeostřovat a získat tak vlastně 3D záznam scény před zařízením. Jiným pohledem na data poskytovaná plenoptickou kamerou může být analogie s tomografickém záznamem dané 3D scény. Cílem práce bude algoritmizace tomografické rekonstrukce plenoptických dat v jazyce C++ nebo analogickém s ohledem na velké množství zpracovávaných měření. Rekonstrukce pak budou provedeny na reálných záznamech.

 

Software Mathematica-Optica a modelování optických měřících zařízení

Vedoucí: Mgr. Bohumil Stoklasa, Ph.D.

Charakteristika problematiky: Přídavný balíček Optica pro software Mathematica umožňuje analýzu optických sestav na numerické i symbolické úrovni. Oddělení vývoje měřících metod má zájem o nasezení tohoto softwaru pro modelování měřících metod, ovšem dokumentace tohoto systému sestavená převážně z funkčních příkladů klade vysoké nároky na osvojení. Řešitel práce by prozkoumal a popsal postup řešení pro konkrétní příklady z praxe. Cíl práce: Popis syntaxe pro: sestavení měřícího řetězce, analýzu v koherentním a nekoherentním světle, polarizační analýzu, výpočet optických aberací, trasování gaussovských svazků, optimalizační nástroje, napojení na funkce prostředí Mathematica. Popis řešení několika komplexních příkladů z praxe.

 

Využití polarizace světla pro měření pnutí v optických sestavách

Vedoucí: Ing. Jakub Lelek

Charakteristika problematiky: Optické sestavy mohou trpět pnutím ve skle v důsledku uchycení optiky v dané sestavě (lepením, mechanickým uchycením) nebo samotným materiálem. Pnutí v optických elementech může mít za následek snížení optické kvality z hlediska aberací a výrazně ovlivňuje stav polarizace světla při průchodu takovým materiálem. To je nežádoucí především u průmyslových aplikací optiky, které využívají právě polarizaci světla pro svoji funkci. U fázových elementů (např. fázových destiček) může mít přímý vliv na jejich funkci. Provázání pnutí a polarizace lze ale zároveň využít pro měření. Cíl práce: Cílem diplomové práce bude tvorba teoretického modelu popisující pnutí v optických prvcích a šíření polarizace v takovém prostředí. Součástí bude i simulace a následná realizace měření fázové retardace s prostorovým rozlišením pomocí polarimetrie.

 

Prostorové metody vyhodnocování interferogramu bez prostorového nosiče

Vedoucí: Mgr. Petr Schovánek

Charakteristika problematiky: Odražením téže optické vlny od dvou vrstev měřeného optického systému (např. optický klín) a jejich následnou interferencí vzniká interferogram pro jehož vyhodnocení nelze využít standardních technik běžných v časové (phase shift ) a prostorové (spatial carrier) interferometrii. Tyto interfe-rogramy lze zhruba vyhodnotit vizuálně (do přesnosti čtvrtiny proužku), nicméně pro vyšší přes-nost je nutné nasadit numerické algoritmy. Optická výroba naší firmy by proto ocenila software, který proces vyhodnocení automatizuje a zpřesňuje. Cíl práce: Cílem práce bude vytvořit rešerši problematiky. Následně budou algoritmy testovány na modelo-vých datech v programu Mathematica a experimentálních datech získaným v optické výrobě.

 

Generování umělých optických povrchů pro toleranční analýzu optických soustav

Vedoucí: Mgr. Bohumil Stoklasa, Ph.D.

Charakteristika problematiky: Pro toleranční analýzu optických soustav je často zapotřebí zkoumat vliv deformací reálných optic-kých povrchů na kvalitu celé soustavy. Tyto deformace vyplývají z procesu výroby dané plochy a mají jak náhodný tak systematický charakter. Zadávání dat z reálných měření pro toleranční proces čítající často stovky realizací je značně nepraktické. Výhodou by bylo sestavit numerický generátor dat, schopný poskytnout velké množství realizací různě deformovaných ploch. Takovýto generátor musí poskytovat co možná nejpřirozenější výsledky, proto by jeho parametry měly být odvozeny z analýzy reálných měření. Výstupem diplomové práce bude funkční numerický systém pro generaci dat popisujících deformovaný optický povrch, ve formátu vhodném pro zpracování v softwaru ZE-MAX. Řešení se může opírat o stávající algoritmy generování náhodných povrchů, kde základ leží v teorii fraktální geometrie. Cíl práce: Cílem práce je statistická analýza deformací optických povrchů vycházející z produktového portfolia Meopty, programování generátoru náhodných deformací optických povrchů, propojení generátoru se SW Zemax.

 

Metody měření vlnoplochy litografických objektivů

Vedoucí: Mgr. Libor Moťka, Ph.D.

Charakteristika problematiky: Litografické objektivy jsou optické soustavy konfigurace z konečna do konečna a vyznačují se velmi vysokými požadavky na kvalitu. Zejména parametry průchozí vlnoplochy, zkreslení obrazu, zklenutí obrazu jsou designem minimalizovány. Obecnou výzvu tak přináší potřeba jejich garance, tedy mě-ření. Cíl práce: Cilem práce je vytvorit reserzi mericich metod pro hodnocení kvality litografickych objektivu, po-rovnat a posoudit klicove parametry (presnost, opakovatelnost, adaptabilita, implementacni narocnost, aj.). Numericky a experimentalne simulovat vybranou metodu.

 

Reprezentace multi-modových laserových svazků a jejich měření pomocí Shack-Hartmann tomografie

Vedoucí: Mgr. Bohumil Stoklasa, Ph.D.

Charakteristika problematiky: Laserové svazky v optických systémech často vykazují charakter odlišný od idealizovaného profil např. gaussovského svazku a můžou obsahovat složitou modovou strukturu. Reprezentace tako-výchto svazků a zejména jejich diagnostika je velmi obtížná. S-H tomografie může být vhodnou alternativou pro měření. Cíl práce: Cílem práce je popsat chování a propagaci multimodovych laserovych svazku, pomocí metody S-H tomografie měřit vybrané svazky, optimalizovat numerické algoritmy diagnostiky svazků

 

Kalibrace parametrů CCD / CMOS kamer

Vedoucí: Mgr. Bohumil Stoklasa, Ph.D.

Charakteristika problematiky: Existuje množství parametrů ovlivňujících efektivitu detekce pomocí kamerových detektorů. Ve snaze optimalizovat schéma detekce vybraných kamerových detektorů a zvýšit jejich SNR je třeba dohlédnout parametry jednotlivých kamer a kalibrovat jejich hodnoty (linearita čipu, fotonová ka-pacita, aj.). Cíl práce: Cilem práce je posouzení parametrů kamer relevantních pro účinnou obrazovou detekci, simulovat jejich vliv na vyhodnocení obrazu, vyhodnotit vliv, proměřit / kalibrovat vybrané parametry

 

Metody Monte Carlo při toleranční analýze optických soustav

Vedoucí: Ing. Milan Matela

Charakteristika problematiky: Toleranční analýza s respektem k výrobním možnostem optických prvků a reálnému procesu justáže optické soustavy umožňuje již ve fázi návrhu definovat kritická místa a zvolit vhodnou metodu měření a techniku justáže. Metoda Monte-Carlo dokáže určovat statistickou pravděpodobnost splnění návrhových specifikací reálně vyrobené optické soustavy. Pro přesnější simulace je zásadní znalost statistického rozložení vstupujících vad (např. tlouštky čoček, poloměry křivostí, aj.) Cíl práce: Cílem práce je seznámení se s procesy tolerančních analýz, optimalizace zadání metody Monte Car-lo při tolerování s respektem k reálnému procesu justáže optické soustavy. Dále statistické zpraco-vání a využití změřených dat vyrobených optických prvků pro přesnější realizaci Monte Carlo simu-lací s respektem k technologii optické výroby.

 

Simulace rozptylu světla pro analýzy stray light optických soustav

Vedoucí: Ing. Jaroslav Hopp, Ph.D.

Charakteristika problematiky: Pro úspěšné fungování optických soustav je důležité provádět tzv. analýzy stray light, tedy parazit-ních odrazů a odlesků jak od optických prvků, tak od jejich mechanického uložení včetně tubusu, které degradují využitelný signál v obrazovém poli. Cíl práce: Cílem práce bude seznámení se s teoretickými přístupy k modelování rozptylu a výběr vhodného modelu pro použití k simulacím stray light při analýze a návrhu optických soustav. V další části práce budou zpracovávány výsledky měření rozptylu na vybraných materiálech (hliník, nerez, aj. s volbou různých povrchových úprav) a tytu implementovány pro použití v simulacích stray light v optickém návrhovém programu ZEMAX.

 

Odolnost a životnost optických elementů

Vedoucí: Ing. Libor Úlehla

Charakteristika problematiky: Životnost a odolnost optických elementů je jednou z klíčových charakteristik ke správné funkci op-tických zařízení, zejména těch, pracujících s laserovým zářením. Speciálně v oblasti laserových pulsů, při zkracování délky pulsů a zvyšování výkonu v pulsu. Odolnost a životnost závisí na mnoha para-metrech jako je kvalita a návrh optických vrstev, mikrodrsnost optických povrchů, degradace mate-riálů (skla), aj. Cíl práce: Cílem práce je vytvořit studijní materiál pro oblast odolnosti a životnosti optiky, studovat interakce záření a látky, vliv jednotlivých parametrů na odolnost a životnost, klíčové parametry a jejich vliv simulovat v dostupných SW nástrojích (Zemax, Mathematica, MacLeod, aj.) a následně experimen-tálně ověřit některé z parametrů.

 

Využití difraktivních optických elementů v návrhu optických soustav

Vedoucí: Ing. Jaroslav Hopp, Ph.D.

Charakteristika problematiky: Difraktivní optické prvky díky svým specifickým vlastnostem (úhlová selektivita, opačná disperze, aj.) vnáší do procesu optického návrhu inovativní prvek, který vyžaduje použití sofistikovaných simulačních technik jak při návrhu samotného difraktivního prvku, tak při analýze jeho vlivu na procházející záření. Cíl práce: Náplní této práce bude seznamení se s teorií difrakce světla na difraktivních strukturách se zaměřením na simulace jejich vlivu na kvalitu zobrazení. Součástí bude analýza vybraných typů optických soustav s difraktivními prvky, např. difraktivní multisvazkový dělič světla, generátor negaussovských svazků, fázový korektor, aj. v prostředí optického návrhového software ZEMAX.

 

Algoritmy globální optimalizace optických soustav

Vedoucí: Ing. Jaroslav Hopp, Ph.D.

Charakteristika problematiky: Optimalizační procesy návrhu optických soustav jsou kritickou částí řetězu optického designu, kdy Správné sestavení meritní optimalizační funkce a hledání jejího minima vedou k nalezení nejvhod-nější optické soustavy pro dané vstupní parametry. Současné přístupy v optických návrhových pro-gramech uvažují většinou lokální optimalizaci, kdy úspěch nalezení nejlepšího řešení je velmi závislý na počátečním optického návrhu. Cíl práce: Cílem této práce bude rešerše obecných algoritmů globální optimalizace s následným výběrem vhodného algoritmu pro hledání globálního minima optické meritní funkce. Tento bude následně implementován v softwaru numerických analýz (Python, Mathematica nebo C#) a zkombinuje pří-mý přístup k optickému návrhovému softwaru Zemax, zde využitý "pouze" pro raytracing.

 

Využití prostorových modulátorů světla v aplikacích s kvadratickou modulací fáze

Vedoucí: prof. Dr. RNDr. Zdeněk Bouchal

Prostorový modulátor světla (PMS) umožňuje amplitudové, fázové, případně komplexní tvarování světla, které může být provedeno v dynamickém režimu a výhodně využito v řadě oblastí vědy a techniky. Cílem diplomové práce je posouzení souvislostí mezi základními parametry PMS a dosaženým optickým výkonem v zobrazovacích a metrologických aplikacích, které pracují s kvadratickou modulací fáze. Pozornost bude zaměřena na vyšetření vlivu redukce kvadratické fáze na konstantní interval a kvantování fáze. Zkoumány budou také efekty související s monochromatickou a integrální difrakční účinností a difraktivní disperzí. Hlavní úsilí bude zaměřeno na ověření možností kompenzace difraktivní disperze pomocí refraktivní optiky. Práce bude založena na vlastních výpočtech v prostředí Matlab, simulacích v optických programech Oslo Premium a VirtualLab a ověřovacích experimentech.

 

Algoritmy pro rekonstrukci obrazu v digitální holografii

Vedoucí: prof. Dr. RNDr. Zdeněk Bouchal

Cílem diplomové práce je zpracování přehledu algoritmů, které jsou využitelné pro digitální rekonstrukci holografických záznamů pořízených v různých záznamových geometriích. Pozornost bude zaměřena na posouzení přesnosti a použitelnosti jednotlivých metod ve specifických podmínkách rekonstrukce signálu. Studovány budou rovněž varianty metody fázových posunutí používané pro prostorové oddělení obrazu v osové záznamové geometrii, nebo pro kvantitativní fázové zobrazení. V případě zájmu může být studie rozšířena o prozkoumání možností numerického zaostření a vytváření optických řezů v nekoherentní digitální holografii. Součástí bakalářské práce bude implementace vybraných algoritmů v prostředí Matlab a ověření jejich funkčnosti při rekonstrukci experimentálně pořízených záznamů. Algoritmy budou rovněž testovány v prostředí LabView a využity pro přípravu výukových simulací.

Kvantové efekty v limitě velké teploty

Vedoucí: doc. Mgr. Radim Filip, Ph.D.

Kvantová superpozice záření termálního zdroje a vakua může vykazovat silnější kvantové vlastnosti při růstu teploty. Testy takových kvantových vlastností jsou však technicky velmi náročné. Cílem práce je navrhnout novou metodu přípravy takových superpozic a experimentálně proveditelných testů. Předpokladem je znalost termodynamiky, statistické fyziky a kvantové mechaniky.

 

Kvantové měření s minimální poruchou

Vedoucí: doc. Mgr. Radim Filip, Ph.D.

Kvantový systém je porušen měřením, tím více čím větší množství informace je získáno. Porucha může nastat mnoha různými způsoby. Jaké druhy poruchy jsou kompatibilní se stejným ziskem informace. Cílem práce je navrhnout měření s minimální adaptivní poruchou a diskutovat jeho možné experimentální aplikace. Předpoklady: znalost optiky, kvantové mechaniky a zájem o kvantovou optiku.

 

 

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.

 

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.

 

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.

 

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.

 

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.

  

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.

 

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.

 

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.

 

Frekvenční stabilizace laserové diody

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

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.

 

Využití kapalných krystalů pro kvantové počítače

Vedoucí: Mgr. Miroslav Ježek, Ph.D. | Konzultant: Mgr. Michal Mičuda, Ph.D.

Kvantové logické procesory realizované v naší laboratoři využívají nejčastěji kódování informace do polarizace a dráhy fotonu. Tento typ manipulace s informací vyžaduje po technické stránce současnou kontrolu polarizace několika optických svazků. Cílem práce je otestovat možnosti využití kapalných krystalů pro rychlé adresování polarizačního stavu prostorově blízkých optických svazků.

 

Nízkošumový A/D převodník pro maticový optický detektor

Vedoucí: Dr. Ing. Zdeněk Řehoř

Na základě rozboru vlastností zvoleného maticového detektoru (CCD) a navazujícího nízkošumového zesilovače stanovte optimální parametry a výběr vhodných elektronických komponent (zejména A/D převodníku) pro integraci CCD do digitálního kamerového systému. Analyzujte předpokládané vlastnosti tohoto systému a experimentálně ověřte vliv z detektoru vystupujícího signálu na výslednou účinnost a linearitu detekce optického záření.
Doporučená literatura:
Flora M. Li, Arokia N.: CCD Image Sensors; Springer Verlag Berlin, ISBN: 3-540-22680-X
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&a

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