|
|
Modelling of Pulse Propagation in Nonlinear Photonic Structures
Sterkhova, Anna ; Richter, Ivan (oponent) ; Samek, Ota (oponent) ; Petráček, Jiří (vedoucí práce)
The demand for more effective data-storage and faster signal processing is growing with every day. That is why the attention of the scientists is focused on the all-optical devices, which can improve the above mentioned requirements. Microring optical resonators are among the state of art devices, that are under consideration. There is a variety of numerical techniques to simulate processes occurring while the optical signal propagates in the microring resonator structure. They differ in its calculation effectivity, used approximations and possibilities of application. The aim of this work was to develop two simple and practical numerical methods for simulation of pulse propagation in nonlinear waveguide structures. It was also demanded, that opposed to the commonly known and frequently used finite-difference time-domain (FD-TD) method, the newly developed techniques could be easily applicable for the study of nonlinear structures based on microring resonators. That is why developed methods use some approximations, namely the slowly varying envelope approximation. The methods advantage is high speed and low requirements of computational resources. Both techniques are based on observation that waveguide structures that use microring optical resonators can be considered as composed of single waveguides and waveguide couplers. The first numerical technique solves coupled partial differential equations, which describe pulse envelope propagation in the structure. This method uses the “up-wind” scheme, which is suitable for the partial differential equations that describe the wave propagation. The second developed technique is derived from the first one. The difference between methods is in the treatment of the coupling between two waveguides. If in the first method the coupling is considered as the real one, distributed on the given length, in the second method the coupling is considered to be concentrated in one point. Due to this approximation it is possible to integrate the appropriate equations and achieve significant increase of calculation speed. Quasianalytical character of the second method enables also easy identification of different types of steady-state solutions. Due to these properties the second method was used to study spontaneous generation of optical pulses in the structures, consisting of coupled ring resonators. Both methods, which were developed during this work, represent fast and physically illustrative alternatives to the FD-TD, so it can be expected that these methods can play an important role during the research of nonlinear waveguide structures.
|
|
|
Simulations of light scattering from living cells
Vengh, Martin ; Richter, Ivan (oponent) ; Petráček, Jiří (vedoucí práce)
The master's thesis deals with the scattering of electromagneticc waves from a living cell using the finite-difference time-domain method (FDTD), the Born approximation and the Rytov approximation. FDTD is full wave method that gives accurate results in wide variety of scattering problems. The comparison of the Born aproximation and the Rytov aproximation is presented via FDTD method. Next part of my thesis includes a short description of coherence-controlled holographic microscope (CCHM). The final part deals with the imaging of the scattered field via simulation of object arm of CCHM, using results of the Born approximation, Rytov approximation and FDTD method.
|
|
|
Plasmonic biosensors based on extraordinary optical transmission
Dršata, Martin ; Richter, Ivan (oponent) ; Petráček, Jiří (vedoucí práce)
This diploma thesis deals with rigorous simulations of plasmonic biosensors based on the phenomenon of extraordinary optical transmission. The first part is devoted to the description of the physical phenomena and knowledge, that forms the basis for studying the properties of plasmonic sensors, and the description of the finite-difference time-domain numerical method, that is used for all simulations carried out in this work. Simulation results are listed in the next part of this thesis. Here, the sensitivity, resolution and other characteristics of the chosen type of plasmonic sensor, consisting of an array of circular nanoholes in a thin gold film on the silicon nitride substrate, on a number of its geometrical parameters is investigated. These dependencies are monitored in three different cases, namely a sensor placed in a vacuum, immersed in water and where a thin dielectric layer is present on the gold surface, mimicking the presence of biomolecules immobilized the surface of the sensor.
|
|
|
Využití metody FDTD k modelování zobrazování v biofotonice
Říha, René ; Richter, Ivan (oponent) ; Petráček, Jiří (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá ověřením praktické využitelnosti metody FDTD pro simulaci zobrazování v koherencí řízeném holografickém mikroskopu. Byly podrobně prozkoumány různé možnosti určení matice rozptylu a vybrán optimální postup založený na rigorózním výpočtu dalekého pole. Matice rozptylu, nesoucí informaci o pozorovaném předmětu, je pak použita k analytickému výpočtu signálu mikroskopu; při tom také byly vyhodnoceny dvě úrovně aproximací aperturních funkcí. Výsledky byly porovnány s tradičním postupem založeným na Rytovově aproximaci a vymezena oblast platnosti této aproximace. Na základě simulací holografického mikroskopu byly dále prozkoumány závislosti podélné rozlišovací schopnosti na aperturách objektivu a osvětlení a citlivost holografického signálu ke změně indexu lomu vzorku.
|
|
| |
|
|
Rigorous electromagnetic theory of the optical response of periodic nanostructures
Navrátil, Josef ; Antoš, Roman (vedoucí práce) ; Richter, Ivan (oponent)
Difrakce světla je významný jev se širokým využitím ve fyzice a v inženýrských aplikacích. Difrakční mřížky jsou optické komponenty s periodickou strukturou, které se využívají k difrakci světla do několika paprsků pohybujících se různými směry. Přímé metody jako AFM nebo SEM, běžně používané pro studium difrakčních mřížek, nejsou vhodné pro přesné určení parametrů planární mřížky a musí být doplněny o výsledky získané pomocí optické spektroskopie. Nedílnou součástí optické spektroskopie jsou počítačové simulace. Tato práce je zaměřena na dvě konkrétní simulační metody - RCWA a C-Metodu. Obsahuje komplexní teoretický úvod včetně diskuse slabin těchto metod a také popisuje úpravu RCWA s použitím Airyho řady a správně provedené Fou- rierovské faktorizace. Obě metody jsou implementovány, otestovány na jednoduchých příkladech, a následně je studována jejich konvergence. C-Metoda i upravený RCWA algoritmus velmi dobře konvergují. Poslední kapitola práce obsahuje porovnání numerických výsledků s experimentem. Numericky vypočtené elipsometrické křivky se shodují s těmi experimentálními. 1
|
|
|
Studium elektrického pole v detektorech záření pomocí Pockelsova jevu
Hakl, Michael ; Franc, Jan (vedoucí práce) ; Richter, Ivan (oponent)
Studium elektrického pole v detektorech záření pomocí Pockelsova jevu (Diplomová práce) by Michael Hakl Abstract Kadmium telurid (CdTe) se zdá být vhodným kandidátem pro de- tekci rentgenového a gamma záření za pokojové teploty díky gapové energii 1.5 eV a vysokému atomovému číslu. CdTe ve své podstatě představuje Pockelsovu celu, neboť vykazuje vysoký elektro-optický koeficient. Propustnost krystalu je modulována vnitřním elektrickým polem. Zpracováním obrázků pořízených IČ kamerou získáme profily elektrického pole rozprostřeného mezi elektrodami. Pole ve vysokood- porovém CdTe je ovlivněno pastmi položenými hluboko v zakázaném pásu, jež způsobují hromadění náboje v blízkosti elektrod. Obsazení těchto pastí je závislé na rozhraní mezi kovem a polovodičem. Vz- tah mezi polarizací detektoru a zahnutím pásu byl podroben studiu pro zlatý a indiový kontakt. Byla pozorována repolarizace resp. de- polarizace pole po osvětlení podgapovým a nadgapovým excitačním laserem. Tento efekt byl využit pro stanovení energie hluboké hladiny. Výsledky z měření Pockelsovou metodou byly porovnány se spektry z luminiscenční spektroskopie, kde se zjistila korelace mezi přítomností hlubokých pastí a bodových defektů na povrchu. Klíčová slova: CdTe detektor, Pockelsův elektro-optický jev, elek- trické pole, hluboké hladiny,...
|
|
|
Charge transport in semiconductor nanostructures investigated by time-resolved multi-terahertz spectroscopy
Kuchařík, Jiří ; Němec, Hynek (vedoucí práce) ; Pereira, Mauro Fernandes (oponent) ; Richter, Ivan (oponent)
Spektra terahertzové vodivosti obsahují informace o mechanismech transportu náboje na nanometrových vzdálenostech a tak i o míře omezení jejich pohybu. V této disertační práci jsme dosáhli značného pokroku v porozumění terahertzové vodivosti. Nejprve teoreticky studujeme lineární terahertzovou vodivost elektronového plynu v omezeném prostoru: zatímco spektra degenerovaného plynu obsahují výrazné úzké geometrické rezonance, v nedegenerovaném plynu odezva splyne do jediného širokého pásu kvůli širokému rozdělení rychlostí nosičů náboje. Poté teoreticky a experimentálně analyzujeme vrstvy různých nanotrubiček TiO2: jejich lineární transportní vlastnosti silně závisí na způsoby přípravy, který ovlivňuje vnitřní strukturu jejich stěn. V hlavní části této disertační práce poté formulujeme teorii popisující nelineární terahertzovou odezvu polovodičových nanostruktur založenou na mikroskopických výpočtech metodou Monte-Carlo. Režim nelineární odezvy je výrazně neporuchový už pro středně silná elektrická pole, a je proto možné účinně generovat vysoké harmonické frekvence. Dále počítáme měřitelné nelineární signály pro různé modelové polovodičové nanostruktury; ukazujeme, že nejvhodnější pro experimentální pozorování nelineární vodivosti v terahertzové spektrální oblasti jsou kovové štěrbiny vyplněné polovodičovými...
|
|
| |
|
| |
host ::
RSS.