Bachelor's Thesis

Design of a single-way interferometer

Final Thesis 3.27 MB Appendix 2.09 MB

Author of thesis: Šimon Chalabala

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Zbyněk Dostál, Ph.D.

Reviewer: Ing. Václav Šulc, Ph.D.

Abstract:

A unique common-path holographic microscope is being developed in the laboratory of the Experimental Biophotonics group at Brno University of Technology. For its full use in laboratory conditions, it is necessary to modify its interferometer and integrate it into the body of a commercially available microscope.
The introduction of the thesis deals with a general analysis of quantitative imaging methods using interference. Next, the process of holographic signal reconstruction and the use of low-coherence light sources are discussed. The following part of the text focuses on the optical path design and the selection of components. These form the basis for the subsequent section on the mechanical design of individual optical element mounts, the design of the optical path compensator, and the creation of technical drawings, which are included in the attachments of this thesis. The conclusion describes the overall assembly of the microscope, which is supplemented with test images proving its functionality.

Keywords:

holographic microscopy, common-path interferometry, diffraction grating, optomechanical design

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno: - význam polarizačně aktivní difrakční mřížky - výrobní náročnost návrhu mikroskopu - použitá norma pro tolerance ve výkresové dokumentaci Student na otázky odpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Physical Engineering and Nanotechnology (B-FIN-P)

Composition of Committee

prof. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D. (předseda)
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. Ing. Jan Čechal, Ph.D. (člen)
prof. Mgr. Miroslav Černý, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Vlastimil Křápek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Miroslav Bartošík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jakub Zlámal, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Zbyněk Dostál, Ph.D.

Student se ve své práci zaměřil na návrh optomechanického systému pro holografický mikroskop, který umožňuje pozorování buněčných vzorků na reflexních površích. V průběhu řešení navrhl jak osvětlovací, tak i zobrazovací část mikroskopu. Student využil své znalosti programu OpticStudio Zemax a navrhl osvětlovací část mikroskopu. Pro návrh zobrazovací části proměřil výstupní objektivy a na základě trasování paprsků stanovil nezbytné optické parametry pro návrh klínového mechanismu k ladění délky ramen interferometru. V programu SolidWorks vytvořil veškeré podsestavy mikroskopu, navrhl vhodné mechanické uložení všech optických prvků a následně zpracoval výrobní technickou dokumentaci.

Všechny podsestavy sestavil a následně ověřil jejich funkčnost pozorováním interferenčních proužků, které jsou nezbytné pro správnou funkci mikroskopu. Je zřejmé, že zvolil vhodné konstrukční řešení, které splnilo veškeré požadavky kladené na jeho funkčnost.

Práce je po formální stránce zpracována pečlivě, má logickou strukturu a přehledné grafické zpracování. Jazyková úroveň práce je výborná a nevykazuje závažnější formální ani stylistické nedostatky. Práce svým rozsahem, odbornou úrovní, způsobem zpracování i dosaženými výsledky splňuje požadavky standardně kladené na bakalářské práce v daném oboru.

Šimon Chalabala přistupoval k řešení bakalářské práce odpovědně a systematicky. Stanovené cíle splnil v plném rozsahu. Prokázal schopnost správně interpretovat zadání a na jeho základě navrhnout technicky funkční a promyšlené řešení. Díky svým konstrukčním dovednostem dokázal celý optomechanický systém navrhnout, sestavit a prakticky ověřit. Jako vedoucí práce hodnotím bakalářskou práci známkou výborně (A).
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Václav Šulc, Ph.D.

Předložená práce se zabývá problematikou jednocestné holografické mikroskopie využívající polarizační prvky k získání mimoosového složení hologramu a tím možosti kvantitativního fázového zobrazení.

V úvodu je popsána problematika a rešerše základních mikroskopových konceptů holografické mikroskopie, vysvětleno zpracování zaznamenaných dat, ale také popis přístroj využívající tzv. "optiku 4. generace" vyvinutý na ÚFI VUT. Samotná práce pak navazuje na poznatky z vyvinutého přístroje na ÚFI. Autorem předložený návrh využívá pro osvětlovací a zobrazovací část mikroskopu koncept Linnikova interferometru rozšířeného o lineární polarizátory a k získání mimoosového hologramu je využito polarizačně aktivní mřížky. V následujících částech je podrobně popsán postup návrhu optického systému, výběr vhodných optických prvků a parametry výsledné sestavy. Konstrukční návrhy upevnění a justace jednotlivých optických podsestav reflektuje požadavek na zastavení systému do komerčního mikroskopového těla. Důležitá podsestava pro kompenzaci optických drah, řízení koherence a vzniku hologramu je podrobně popsána. V závěru je popsán proces oživení a testování přístroje, které ověřuje funkčnost tohoto konceptu jako celku.


Po obsahové stránce je práce velmi zdařilá, zahrnuje celý proces vývoje přístroje od návrhu přes konstrukční řešení a sestavení až po ověření funkce. Po formální stránce má však práce některé nedostatky. V práci jsou části přístroje logicky členěné do podsestav, ale ve výkresové dokumentaci toto dělení není. Systematické značení dílů ve výkresové dokumentaci taky místy neodpovídá značení v práci. Objevilo se pár drobných chyb v textu a převzatých označení z obrázků. V textu se opakuje chybně uvedený odkaz na podkapitolu 1.3, přičemž se text vztahuje k jeho jiným částem, což místy ztěžuje orientaci a pochopení. V literatuře pak jsou špatně vygenerované některé bibliografické citace článků - nejčastěji chybí rok vydání a pak jsou zde chybně vygenerované části z prostředí TEXu.


Přes zmíněné nedostatky však práce plně splnila všechny vytyčené cíle a při jejím vypracování autor prokázal nabyté komplexní zkušenosti v oblasti optického návrhu a konstrukce pokročilých mikroskopových sestav. Předložená bakalářská práce je poměrně zdařilou prací a celkově ji hodnotím známkou A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Verze 4G mikroskopu popsaná v podkapitole 1.3 je využívána pro odrazivé vzorky. Dle motivace práce byla snaha o modifikaci přístroje pro pozorování fazových objektů v biologické laboratoři. V čem je předložená sestava s Linnikovým interferometrem a polarizátory jiná?
  2. Bylo by možné kompenzátor optické dráhy zabudovat přímo do Linnikova interferometru? Byla tato varianta v úvaze?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová