|
|
Modelling of Pulse Propagation in Nonlinear Photonic Structures
Sterkhova, Anna ; Richter, Ivan (referee) ; Samek, Ota (referee) ; Petráček, Jiří (advisor)
V současnosti jsme svědky stále zvyšujících se nároku na rychlost přenosu a zpracování signálu a kapacitu pamet’ových zařízení. Proto se pozornost výzkumných pracovníku zaměřuje k plně optickým zařízením, která by mohla splnit zmíněné požadavky. Jednou z intenzívně zkoumaných možností je využití mikroprstencových optických rezonátoru. Při výzkumu je nutné využít numerických metod, které simulují šíření optického záření v dané struktuře. K tomuto účelu existuje celá rada metod, které se liší v efektivitě výpočtu, použitých aproximacích, i možnostech použití. Cílem této práce bylo vyvinout dvě jednoduché a praktické numerické metody pro modelování šíření pulzního záření v nelineárních vlnovodných strukturách. Přítom bylo požadováno, aby, na rozdíl od obecně známé a často využívané metody konečných diferencí v časové oblasti (FD-TD), bylo možné metody snadno aplikovat při studiu nelineárních struktur založených na mikroprstencových rezonátorech. Proto vyvinuté metody používají některé aproximace, zejména aproximaci pomalu proměnné obálky. Výhodou metod je vysoká rychlost a skromné požadavky na výpočetní zdroje. Obě metody vycházejí ze zkutečnosti, že naprostá většina nelineárních struktur založených na mikroprstencových rezonátorech se skládá ze dvou základních prvku: obyčejných vlnovodu a vlnovodných vazebních clenu. První metoda řeší vázané parciální diferenciální rovnice, které popisují šíření obálky pulzu ve struktuře. Přitom je použito tzv. „up-wind“ schéma vhodné pro parciální diferenciální rovnice popisující šíření vln. Druhá metoda vychází z první; rozdíl je v popisu vazby mezi dvěma vlnovody. Pokud se v první metodě uvažuje realistická vazba rozložená na určité délce, pak druhá metoda je založena na představě vazby nacházející se v jednom místě. Díky tomu je možné integrovat příslušné rovnice a dosáhnout výrazného urychlení výpočtu. Kvazianalytický charakter druhé metody umožňuje dále snadnou klasifikaci různých typu ustálených řešení. Vzhledem k těmto vlastnostem byla druhá metoda využita k výzkumu samovolné generace optických pulzu ve strukturách skládajících se z vázaných prstencových rezonátoru. Obě metody, které byly vyvinuty během této práce, představují rychlé a fyzikálně názorné alternativy k metodě FD-TD, a tak lze očekávat, že mohou hrát důležitou roli při výzkumu nelineárních vlnovodných struktur.
|
|
|
Simulations of light scattering from living cells
Vengh, Martin ; Richter, Ivan (referee) ; Petráček, Jiří (advisor)
Diplomová práca sa zaoberá rozptylom elektromagnetického žiarenia na biologickej bunke použitím metódy konečných diferencií v časovej oblasti (FDTD), Bornovej aproximácie a Rytovovej aproximácie. Metóda FDTD dáva presné výsledky v širokej škále problémov. Je spravené porovnanie Bornovej aproximácie a Rytovovej aproximácie prostredníctvom FDTD metódy. Ďaľšia časť práce zahrnuje krátky popis koherenciou riadeného holografického mikroskopu CCHM. Záverečná časť sa venuje zobrazeniu rozptýleného poľa získaného z jednotlivých simulácií pomocou simulácie objektového ramena mikroskopu CCHM.
|
|
|
Plasmonic biosensors based on extraordinary optical transmission
Dršata, Martin ; Richter, Ivan (referee) ; Petráček, Jiří (advisor)
Tato diplomová práce se zabývá rigorózními simulacemi plazmonických biosenzorů založených na jevu zvýšené optické transmise. První část je věnována popisu fyzikálních jevů a poznatků, které tvoří základ pro studium vlastností plazmonických senzorů, a popisu výpočetní metody konečných prvků v časové oblasti, která je využita v této práci. Vlastní výsledky jsou uvedeny v další části, která se zabývá výzkumem citlivosti, rozlišení a dalších charakteristik zvoleného typu plazmonického sensoru, tvořeného sítí kruhových nanoděr v tenké zlaté vrstvě na substrátě nitridu křemíku, v závislosti na řadě jeho geometrických parametrů. Tyto závislosti jsou sledovány ve třech různých případech, a to senzoru umístěného ve vakuu, ponořeného ve vodě a v případě kdy je na zlatém povrchu umístěna tenká dielektrická vrstva, která reprezentuje přítomnost biomolekul uchycených na povrchu senzoru.
|
|
|
Diffraction on Spatial and/or Deep Objects
Hrabec, Aleš ; Petráček, Jiří (referee) ; Kotačka, Libor (advisor)
This discourse deals with a theoretical study of the radiation passage through a diffraction screen with non-zero size in the propagation direction of the radiation, i.e. the radiation passage through a three-dimensional object. Without any loss of generality, we solve the problem for cylindrical cavity in metal. The task exceeds evidently standard scalar theory of diffraction, thus we solve the problem using a waveguiding theory. Following the principles of the electromagnetic theory, we derive required formulae to determine mode distribution at the entry of the cavity. Further, we solve numerically the radiation propagation through the cavity, then we actually seek for radiation distribution at the very end of the cavity. This yields, with a help of the discrete Fourier transform, an intensity distribution of Fraunhofer diffraction pattern, consequently compared with an intesity distribution of the radiation pattern of Fraunhofer diffraction on infinitely thin circular opening having the radius of the cylinder cavity under study. A comparison of such patterns results to a conclusion, that the cavity length has a significatn influence on the diffraction pattern and more importantly, that the scalar diffraction theory appears incorrect for a coherent light passage through cavities longer than their radius squared. Similarly, the same conclusion is inversely proportional to a wavelength of the interacting radiation. Finally, we mention an existence of the so called "focal regime", when the radiation repeatedly exhibits roughly one order increased intensity on the symmetry axis of the cavity.
|
|
|
Rigorous Simulation of Light Interaction with Cells
Dršata, Martin ; Kalousek, Radek (referee) ; Petráček, Jiří (advisor)
This bachelor thesis focuses on rigorous simulations of light scattering by living cells. The first part is dedicated to brief introduction to the given issues and the basic description of the often used computational methods and models of cell structures. Experimental part deals with light scattering simulations using the finite difference time domain method (FDTD). Models of spherical cell and red blood cell are used in these simulations. The aim of the calculations for the first model is to assess the accuracy of the FDTD method with respect to the analytical method using Mie theory of light scattering.
|
|
|
Modelling of photonic structures using Finite-difference time-domain method
Procházka, Pavel ; Kalousek, Radek (referee) ; Petráček, Jiří (advisor)
This bachelor thesis is focused on the basic description of the finite-difference time-domain method (FDTD) which serves to the numerical solution of Maxwell's equations. FDTD is very used today because during one calculation it is possible to obtain results in wide frequency spectrum. The thesis contains deduction of \mbox{equations} for description of this method and algorithm of calculation. The main goals of this thesis are the identification of the free Meep software, which is constructed for this calculations, and understanding of its properties. Most of Meep functions are described on three examples in the second part of bachelor thesis.
|
|
|
Correlation and Spiral Microscopy using a Spatial Light Modulation
Bouchal, Petr ; Čižmár,, Tomáš (referee) ; Jákl, Petr (referee) ; Petráček, Jiří (advisor)
Dizertační práce je uceleným shrnutím výsledků dosažených v průběhu doktorského studia. V úvodní části práce je představena motivace, odborné a technické zázemí a grantová podpora realizovaného výzkumu. Popsány jsou také dosažené výsledky a jejich význam pro skupinu Experimentální biofotoniky, Ústavu fyzikálního inženýrství, Vysokého učení technického v Brně. Vědecká část práce je rozdělena do dvou hlavních bloků, které se postupně zabývají návrhem nových zobrazovacích koncepcí a technickou modifikací stávajících zobrazovacích systému v praktických aplikacích. Dosažené vědecké výsledky podporují vývoj v oblastech korelační a spirální mikroskopie s prostorovou modulací světla. V části zabývající se návrhem nových zobrazovacích koncepcí je provedena studie korelačního zobrazení v podmínkách proměnné časové a prostorové koherence. Následně jsou zkoumány možnosti praktického využití vírových a nedifrakčních svazků v oblastech korelační, holografické a optické mikroskopie. Interference vírových svazků a samozobrazení nedifrakčních svazků je postupně využito k dosažení 3D zobrazení s hranovým kontrastem a rotující bodovou rozptylovou funkcí. Pokročilé zobrazovací metody jsou úspěšně zavedeny optickou cestou ale i digitální modifikací holografických záznamů. Výsledky teoretických modelů a numerických simulací jsou doprovázeny praktickým vyhodnocením navržených zobrazovacích principů. V technicky zaměřené části jsou navrženy nové způsoby zavedení prostorové modulace světla, které umožňují rozšíření zorného pole v experimentech korelačního zobrazení a dosažení achromatizace při zobrazení pomocí programovatelných difraktivních prvků. Rozšíření zorného pole v korelačních experimentech umožňuje přizpůsobovací optický systém vložený do standardní zobrazovací sestavy. Achromatizace difraktivního zobrazení je zajištěna použitím speciálně navrženého refraktivního korektoru. V navazující části je navržena nová metoda krokování fáze, která pracuje s dvojlomností kapalných krystalů využívaných v systémech pro prostorovou modulaci světla. Použití metody je experimentálně demonstrováno v polarizačně modifikovaném Mirau interferometru. Získané technické zkušenosti jsou využity v praktickém návrhu a realizaci multimodálního zobrazovacího systému s prostorovou modulací světla.
|
|
|
Application of the FDTD technique to modelling of imaging in biophotonics
Říha, René ; Richter, Ivan (referee) ; Petráček, Jiří (advisor)
This thesis deals with the problem of practical application of FDTD technique for simulation of image formation in coherence controlled holographic microscope. Various ways for obtaining scattering matrices are explored in detail and the optimal technique based on a rigorous calculation of the far field is proposed. The scattering matrix, containing information about the observed sample, is subsequently used in analytic calculation of holographic signal; two levels of approximation of pupil function are also evaluated. The results are compared with a traditional approach based on Rytov approximation resulting in specification of the parameter domain where the approximation is applicable. Based on the simulations of the microscope, the dependence of axial resolution on apertures of the objective and the condenser and sensitivity of the signal to changes of refractive index of the sample is also studied.
|
|
|
Application of Plasmon Polaritons in Nanophotonics
Břínek, Lukáš ; Petráček, Jiří (referee) ; Dostálek,, Jakub (referee) ; Dub, Petr (advisor)
Práce pojednává o vlastnostech plazmonických antén v infračervené a viditelné oblasti. Práce zahrnuje výrobu, měření a numerické modelování optických vlastností antén. Infračervené plazmonické antény na absorbujícím substrátu (SRON) jsou studovány pro jejich rezonanční a absorpční vlastnosti. Byla nalezena geometrie antény, která poskytuje maximální účinnost absorpce ve SRON vrstvě. Dále je studována možnost zesílení daného vibračního módu substrátu (obsahujícího 3-4 materiálové rezonance) pomocí plazmonické rezonance antény. Nakonec jsou prezentována měření katodoluminiscenčních spekter antén ve viditelném spektru.
|
|
|
Application of the FDTD technique to modelling of imaging in biophotonics
Říha, René ; Richter, Ivan (referee) ; Petráček, Jiří (advisor)
This thesis deals with the problem of practical application of FDTD technique for simulation of image formation in coherence controlled holographic microscope. Various ways for obtaining scattering matrices are explored in detail and the optimal technique based on a rigorous calculation of the far field is proposed. The scattering matrix, containing information about the observed sample, is subsequently used in analytic calculation of holographic signal; two levels of approximation of pupil function are also evaluated. The results are compared with a traditional approach based on Rytov approximation resulting in specification of the parameter domain where the approximation is applicable. Based on the simulations of the microscope, the dependence of axial resolution on apertures of the objective and the condenser and sensitivity of the signal to changes of refractive index of the sample is also studied.
|
guest ::
RSS feed.