bakalářská práce

Optické metapovrchy z karbidu křemíku

Text práce 10.03 MB

Autor práce: Bc. Vojtěch Frühbauer

Ak. rok: 2024/2025

Vedoucí: Ing. Petr Viewegh, Ph.D.

Oponent: Ing. Michal Kvapil, Ph.D.

Abstrakt:

Tato bakalářská práce se zabývá návrhem a optimalizací optických metapovrchů z karbidu křemíku (SiC) pro kvantové aplikace, především pro kolimaci záření z jednofotonových emitorů (SPE). Práce kombinuje rešeršní studii s numerickými a semianalytickými simulacemi k návrhu metapovrchu schopného směrového vyzařování a zvýšení účinnosti SPE na bázi barevných center v SiC. Využita je platforma 4H-SiC, jejíž jedinečné optoelektronické a mechanické vlastnosti ji činí vhodnou pro integrovanou kvantovou fotoniku. Pro návrh metapovrchu byly vytvořeny knihovny nanoantén optimalizovaných pomocí FDTD a RCWA simulací. Výsledný metapovrch byl následně vyroben technologií elektronové litografie a reaktivního iontového leptání a charakterizován pomocí konfokální a digitální holografické mikroskopie. Výsledky potvrzují funkčnost návrhu a naznačují potenciál SiC metapovrchů pro realizaci kvantově-optických zařízení s integrovanými SPE.

Klíčová slova:

optický metapovrch, dielektrický metapovrch, jednofotonový emitor, karbid křemíku, kvantová optika, návrh metapovrchu

Termín obhajoby

12.06.2025

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno: Experimentálně (holograficky) změřený fázový profil Optimalizace tvaru a polohy navržených nanostruktur Uspořádání měřící aparatury Možnosti realizace jednofotonových zdrojů Student na otázky odpověděl.

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Fyzikální inženýrství a nanotechnologie (B-FIN-P)

Složení komise

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

Posudek vedoucího
Ing. Petr Viewegh, Ph.D.

Student je velmi inteligentní a pracovitý. Prokázal samostatnost při řešení projektu a využíval všechny dostupné metody. Samotná práce je na velmi vysoké úrovni a skvěle je zpracovaná i rešeršní studie. Jediný drobný nedostatek je splnění cílů práce, kdy se studentovi ne zcela podařilo osamostatnit ve fabrikaci a optické charakterizaci SiC metapovrchů. To bylo ale způsobeno především objevením mnoha nepředvídatelných problémů během návrhu designu metapovrchu, což je ale při badatelské práci běžná věc. Doporučuji proto práci k obhajobě s výslednou známkou A.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
Ing. Michal Kvapil, Ph.D.

Student Vojtěch Frühbauer se v předložené práci zabýval tvorbou knihovny stavebních bloků optických metapovrchů z karbidu křemíku aplikací Greenova formalismu na výsledky numerických simulací metodou RCWA. Následně pomocí těchto stavebních bloků navrhl tři optické metapovrchy, jejichž funkci ověřil pomocí numerických simulací metodou FDTD. Jeden z navržených metapovrchů byl také vyroben a proběhlo experimentální ověření jeho funkčnosti.

Většina práce je, až na pár drobných výjimek, napsána velmi čtivě a přehledně, vyskytuje se v ní jen několik málo překlepů a rešeršní část výborně demonstruje význam a možnosti optických metapovrchů. Jistou nelogičnost však spatřuji v uspořádání kapitol 2 a 4. V kapitole 2 (Numerické a experimentální metody) autor nejprve představuje metody pro výrobu a charakterizaci metapovrchů a až následně simulační metody pro návrh těchto metapovrchů. Domnívám se, že logičtější by bylo začít simulacemi, neboť ty obvykle předcházejí výrobě a charakterizaci. V kapitole 4 (Výsledky) je na str. 38 uvedena tab. 4.1 shrnující účinnosti navržených metapovrchů. Čtenáři se tato tabulka může na první pohled jevit jen jako změť čísel, neboť umístění tabulky v textu předchází diskusi o dosažených výsledcích a logičtější by mi přišlo tabulku umístit až za tuto diskusi, tj. na konec podkapitoly 4.1, kde by tak čtenáři poskytla pěkné shrnutí dosažených výsledků (samozřejmě by si to vynutilo i jisté změny v diskusi výsledků).

Dále mám jen několik drobných připomínek:

- V popisu barevné škály na obr. 1.1 a) je užit nevhodný pojem "normalizovaná amplituda", nicméně v popisu obrázku je už užit správný pojem "normovaná amplituda".
- V textu práce došlo dvakrát k záměně pojmu transmise za pojem disipace.
- V podkapitole 4.1 autor nevhodně označil omezení přípustné odchylky transmisního úhlu od normály jako "mezní  úhel". Tento pojem se obvykle pojí s totálním odrazem a může tak být pro čtenáře matoucí zejména, když je v této části práce totální odraz také zmiňován.

Předloženou práci doporučuji k obhajobě a i přes uvedené drobné výhrady hodnotím jako výbornou, tedy klasifikačním stupněm A.
Kritérium hodnocení Známka
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 A
Otázky k obhajobě:
  1. Nejen na obr. 3.5 a) a b) se vyskytují, nazvěme to "bodové singularity", v nichž na první pohled dochází k výrazné skokové změně fáze. Představuje to nějaký problém?
  2. Jak si vysvětlujete, že transmitance skrz navržené metapovrchy je nižší než skrz rovinné rozhraní bez metapovrchu?
  3. Na str. 39 a 40 uvádíte, že indexy absorpce zjištěné experimentálně elipsometrií pro s- a p-polarizaci se výrazně lišily. Jak se lišily reálné části indexu lomu? A neměly by v takové případě mít kružnice na obr. 4.5 a) a b) rozdílný poloměr?

Známka navržená oponentem: A

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová