| Téma | Firma | Vedoucí |
| Patentová studie Twyman-Green interferometru | Meopta-optika s.r.o. | Ing. Libor Úlehla |
| Volnoprostorové optické komunikační systémy | Meopta-optika s.r.o. | Mgr. Bohumil Stoklasa, Ph.D. |
Optická litografie je jednou z nejdùležitějších oblastí využití optiky v dnešním světě. Kromě samotné výroby polovodičových součástek optickou metodou je zapotřebí v průběhu výrobního procesu provádět sofistikovanou metrologii, která zahrnuje mnohé optické metody. Cílem bakalářské práce je zpracovat přehled těchto metod a fyzikálních principů na kterých jsou založeny.
Bodová rozptylová funkce (PSF) je kvantitou často využívanou v metrologii optických systémů. Její centroid pak může konkrétně sloužit pro měření zkreslení optické soustavy nebo pro měření úhlů z lokálního naklonění vlnoplochy. Informační principy založené na kvantové Fisherově informaci nám umožňují odvodit fundamentální limit pro estimaci tohoto parametru a porovnat různé klasické metody jeho měření s tímto limitem.
Charakteristika problematiky: Interferometrie je významnou technikou v oblasti charakterizace kvality optických soustav a optic-kých povrchů. Výběr vhodného interferometrického uspořádání (Michelson, Mach-Zehnder, Fizeau, Twyman-Green,..), zhodnocení výhod, nevýhod a vhodnosti použití je důležitýcm prvkem při výběru správné techniky. V Meoptě je využíváno Twyman-Green uspořádání. V současnosti však chybí detailní rešerže patentů týkající se aplikace tohoto uspořádání a vhodných interferometric-kých objektivů. Cíl práce: Cílem práce je vytvořit patentovou rešerži, která zmapuje problematiku interferometrů a interfe-rometrických objektivů s detailním zaměřením na Twyman-Green interferometr. Experimentální realizace vybraného patentu a uspořádání.
Charakteristika problematiky: Přenášení signálů na optických frekvencích dnes tvoří důležitou součást komunikačních technologií, přičemž jedním z témat je přenos dat volným prostorem. Rozhodující vliv na parametry takovýchto systémů má atmosféra, podílí se na nich ovšem i parametry použitých optoelektronických prvků. Práce by měla zmapovat současný technologický stav na tomto poli, zejména určit vliv moderních prvků na vlastnosti celé přenosové soustavy a pokusit se odpovědět na otázku, zda právě tento pokrok povede k vyššímu využití volnoprostorových komunikací. Cíl práce: Cílem této práce bude zachycení současných trendů v konstrukci volnoprostorového komunikační-ho řetězce. Rozebrány budou parametry jednotlivých optoelektronických komponent a jejich vliv na parametry celého systému, stejně tak bude diskutován vliv atmosféry. Práce by se měla do-tknout moderní problematiky multiplexování signálu pomocí prostorových stupňů volnosti světla.
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.
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 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.
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).
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).
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:
Doporučená literatura:
Specifikace laseru Coherent VERDI
B. E. A. Saleh, M. C. Teich: Základy fotoniky
Zásady pro vypracování:
Doporučená literatura: www.andor.com
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:
Doporučená literatura: B. E. A. Saleh, M. C. Teich: Základy fotoniky.
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.
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.
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.
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.
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.).
Analýza specifických vlastností a možností konstrukce laserů tohoto typu a experimentální realizace takového laseru v laboratoři.
Přehled typů optických vláknových senzorů se zaměřením na takzvané fázové senzory a realizace takového senzoru v laboratoři.
Studie a realizace aparatury na měření fázové stability optických vláknových vazebních členů- „kaplerů“ v laboratoři.
Studie a experimentální práce laboratoři se zaměřením na vybranou aktuální tématiku,realizace aparatury s využitím optických vláknových členů. Požadovaná zkušenost s programem MATLAB.
Sestavení optelektronického obvodu s Operačními zesilovači a LED diodami pro nalezení a experimentální ověření velikosti Planckovy konstanty.
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.
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
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.
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.
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.
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.
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.
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
tel: +420 585 634 253
fax: +420 585 634 002
e-mail : kaspirova(a)optics.upol.cz
IČ :61989592
DIČ :CZ61989592
e-mail : kaspirova(a)optics.upol.cz