Detail předmětu

Integrovaná optoelektronika

FEKT-MPC-IOPAk. rok: 2026/2027

Optická vlákna a přenos signálu opt. vláknem, charakteristiky vlákna, vidy, fázová a grupová rychlost, útlum, přenosová okna, disperze signálu ve vláknech a její typy, chromatická disperze, polarizační vidová disperze. Typy a přehled vláken (standarty). Kompenzace disperze, polarizační vlákna

Nelineární jevy v optických vláknech a jejich využití, generace a přenos solitonů, stimulovaný Ramanův rozptyl a aplikace ve vláknových zesilovačích, stimulovaný Brillouenův rozptyl, čtyřvlnné směšování a omezení pro vlnový multiplexní přenos.

Polovodičové optické zdroje, LED, bílé LED, OLED, SLED, principy a charakteristiky. Principy generace světla v Laseru, Laserové diody – FP, DFB a VCSEL, Interní/externí modulace

Optické detektory, principy a vlastnosti, rychlé signálové optické přijímače PIN, APD. Transimpedanční receiver

Vláknové kvantové zesilovače s erbiem, ytriem a praseodynem dopovanými vlákny. Raman a SOA zesilovače

Signály v optických přenosech a senzorice. Metody modulace a kódování v optovláknových systémech, koherentní zpracování optických signálů

Vlnové sdružování kanálů v optických systémech, WWDM, CWDM, DWDM.

Konstrukční prvky integrované a vláknové optiky, splittery, WDM děliče a sdružovače, izolátory, rotátory, filtry, ADM

Optovláknová senzorika. Principy snímání v optických vláknech, amplitudové, spektrální a interferenční senzorické struktury s optickými vlákny. Distribuované snímání využitím rozptylu světla, vláknové rezonátory a interferometry pro senzoriku, optovláknové senzory s Braggovými mřížkami a s plasmony polaritony.

 

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. František Urban, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Vstupní znalosti

Jsou požadovány znalosti elektroniky, polovodičů a fyziky na úrovni bakalářského studia. Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby znalé pro samostatnou činnost“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Způsob zakončení předmětu a pravidla hodnocení studentů

Výuka laboratorních cvičení je kontrolovanou výukou, je povinná. Z měření laboratorních úloh jsou studentem zpracovány zprávy, které jsou vyhodnoceny vyučujícím.  Pro hodnocení a získání zápočtu je nutnou podmínkou absolvování  všech měřících úloh a odevzdání zpráv o změření. Student získá za laboratorní výuku hodnocení v rozsahu 0 - 30 bodů.

Zkouška z předmětu je realizována ústní formou s písemnou přípravou. Pro absolvování zkoušky je nutnou podmínkou získání zápočtu z laboratorních cvičení. Student získá při ústní zkoušce hodnocení v rozsahu 0 - 70 bodů. Celkové hodnocení z předmětu je dáno součtem hodnocení z kontrolované laboratorní výuky a hodnocení z ústní zkoušky. 

Detailní vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.  

 

Učební cíle

Seznámit s technickými řešeními a směry vývoje ve fotonických, optoelektronických a optovláknových technologiích pro komunikace, měřící techniku a senzoriku, se zaměřením na aplikace v IT, v telekomunikacích a v průmyslových systémech. Seznámit s konstrukčními principy, řešením a vlastnostmi laserů, koherentních a nekoherentních polovodičových optických zdrojů a fotodetektorů. Dát aplikační a technické znalosti o nových řešeních, komponentech a systémech založených na nelineární optice, vlnovém multiplexu, na koherentním zpracování signálu, na optickém zesilování ve vláknech, optické filtraci a kompenzaci disperze ve vláknech. Seznámit s konstrukčními principy, řešením a vlastnostmi fotonických prvků, vlnovodných a vláknových struktur v senzorice, položit základy návrhu optovláknových komunikačních řetězců a optických vláknových senzorových a měřících systémů.
Frekventant se orientuje v návrhu optických vláknových komunikačních a senzorických soustav, umí sestavit komunikační řetězec z vhodných komponentů podle žádané aplikace, je schopen zvolit vhodné prvky a bloky pro stavbu optovláknové komunikační struktury, orientuje se v možnostech využití optoelektronických senzorických a měřících systémů.

Studijní opory

elektronická prezentace

Základní literatura

Čtyroký J., Hüttel I., Schröfel J., Šimánková L.: Integrovaná optika, Praha, SNTL 1986. (CS)
Kashyap, R.: Fiber Bragg Gratings. Academic Press, 2010, ISBN: 978-0-12-372579-0. (EN)
Saleh B. E. A., Teich M. C.: Fundamentals of photonics, New York, Wiley, 1991. (EN)
Y. Chai, Applied Photonics, Academic Press, California, 1994. (EN)

Doporučená literatura

Hisham, H. K.: Fiber Bragg Grating Sensors. Development and Aplications. CRC Press, 2020, ISBN: 978-0-367-22485-1. (EN)
Schroffel, J. - Novotný, K. Optické vlnovody. Praha, SNTL-ALFA 1986. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-NCP magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinně volitelný, je součástí profilujícího základu
  • Program MPC-MEL magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. František Urban, CSc.

Osnova

    • Optické záření, vlastnosti a šíření v prostředích.
    • Optické vlnovody a jejich vlastnosti.
    • Vliv disperzí na přenos signálů ve vláknech.
    • Moderní komponenty ve fotonice, optických komunikacích a senzorice. Braggovy mřížky, rezonátory, filtry
    • Koherentní a nekoherentní polovodičové optické zdroje, rychlé fotodetektory, obvody optických  vysílačů a přijímačů
    • Konstrukční prvky integrované a vláknové optiky, splittery, WDM děliče a sdružovače, izolátory, cirkulátory, ADM.
    • Vláknové kvantové zesilovače.
    • Nelineární jevy v optických vláknech a jejich využití,  spontánní a stimulovaný Ramanův rozptyl a aplikace ve vláknových zesilovačích, spontánní a stimulovaný Brillouenův rozptyl. senzorické aplikace
    • Generace a přenos solitonů, čtyřvlnné směšování a omezení pro vlnový multiplexní přenos
    • Koherentní zpracování optických signálů. Metody kódování a modulace v optických přenosech.
    • Optické komunikační systémy v počítačových sítích, průmyslových a telekomunikačních systémech. Optické sdružování kanálů, WWDM, CWDM, DWDM.
    • Polarizační a mikrostrukturní optická vlákna a jejich využití v měřící technice a senzorice.
    • Amplitudové, spektrální a interferometrické senzorické struktury s optickými vlákny.

 

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Břetislav Mikel, Ph.D.
Ing. Michal Jelínek, Ph.D.
Ing. Tadeáš Zbožínek

Osnova

Koherence záření, vlastnosti laserového záření, využití v laserové interferometrii

Frekvenční spektrum koherentního a nekoherentního záření, metody měření

Polarizace světla, využití pro měření hustoty kapalin, experimentální využití při 3D zobrazení,

Kvantové vlastnosti světla, ověření kvantového chování, experimentální využití při měření

Principy Fourierovy optiky ve 4f optické soustavě, tvorba a manipulace s obrazy, techniky zpracování

Svařování optických vláken jednovidových, mnohovidových, polarizaci zachovávajích

 

Samostudium

52 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. František Urban, CSc.

Individuální příprava na ukončení

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. František Urban, CSc.