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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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
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