|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
| |
|
|
Rigorous electromagnetic theory of the optical response of periodic nanostructures
Navrátil, Josef ; Antoš, Roman (advisor) ; Richter, Ivan (referee)
The diffraction of light is an important phenomenon with wide physical and engineering appli- cations and diffraction gratings are optical components with a periodic structure which are used to diffract light into several beams propagating in various directions. Direct methods like AFM or SEM proved to be insufficient to study the shape of planar diffraction gratings and therefore they must be supplemented with results obtained from optical spectroscopy. Computer simulations are the integral part of this method. This Thesis is focused on two particular simulation methods - the RCWA and the C-Method. It gives a rich theoretical introduction, discusses the weaknesses of these methods and also describes improvements of the RCWA using the Airy-like series and proper Fourier factorization. Both methods are implemented, tested on simple examples and af- terwards the convergence for particular cases is investigated. The C-Method and the modified RCWA algorithm exhibit excellent convergence. At the end, the numeric results are compared with experiments, giving a very good agreement in the ellipsometric parameters. 1
|
|
|
Studium elektrického pole v detektorech záření pomocí Pockelsova jevu
Hakl, Michael ; Franc, Jan (advisor) ; Richter, Ivan (referee)
Study of electric field in radiation detectors by Pockels effect (Master Thesis) by Michael Hakl Abstract Cadmium Telluride (CdTe) is a convenient candidate for room tem- perature detection of X-ray and gama radiation due to 1.5 eV band- gap energy and high atomic mass. Since CdTe has the highest linear electro-optical coefficient among II-VI compounds, the detector rep- resents a Pockels cell. Transmittance of the crystal is modulated by the internal electric field. Processing of infrared camera photographs results in an electric field profile between biasing electrodes. The elec- tric field in semi-insulting CdTe is influenced with deep level traps causing charge polarization under the electrodes. Occupation of traps is dependent on metal-semiconductor interface. Relation of charge accumulation and band bending for gold and indium contacts was studied. Repolarization/depolarization induced by additional illumi- nation with sub/above bandgap excitation laser was observed and ex- ploited for determination of the deep level energy. Results obtained by the Pockels-effect method were supported with luminescence measure- ments. Correlation between the occurrence of deep levels and surface point defects was discovered. Keywords: Pockels electro-optical effect, Cadmium Telluride ra- diation detector, Electric field, Schottky...
|
|
|
Charge transport in semiconductor nanostructures investigated by time-resolved multi-terahertz spectroscopy
Kuchařík, Jiří ; Němec, Hynek (advisor) ; Pereira, Mauro Fernandes (referee) ; Richter, Ivan (referee)
Terahertz conductivity spectra contain information on charge transport mechanisms and charge confinement on nanometer distances. In this thesis, we make a substantial progress in understanding of terahertz conductivity in several regimes. First, we theoretically investigate linear terahertz conductivity of confined electron gas: while the spectra of degenerate electron gas exhibit geometrical resonances, the response in non-degenerate case smears into a single broad resonance due to the wide distribution of charge velocities. Then, we theoretically and experimentally analyze various TiO2 nanotube layers: their linear charge transport properties strongly depend on the fabrication process, which influences the internal structure of the nanotube walls. In the main part of the thesis, we develop a framework for evaluation of the nonlinear terahertz response of semiconductor nanostructures based on microscopic Monte-Carlo calculations. The nonlinear regime is highly non-perturbative even in moderate fields as illustrated by efficient high harmonics generation. We investigate measurable nonlinear signals for various semiconductor nanostructures; metallic nanoslits filled with nanoelements are the most promising for the experimental observation of terahertz nonlinearities. These nonlinearities per unit charge are...
|
|
| |
|
| |
guest ::
