Proponowane tematy prac licencjackich

Fotojonizacja ośrodka ultrakrótkim impulsem laserowym – modelowanie z użyciem kart graficznych

Opiekun: prof. Czesław Radzewicz, dr Tomasz Kardaś

Wysokoenergetyczny ultrakrótki impuls światła może jonizować ośrodek w którym się porusza. Prowadzi to do powstania w ośrodku nici świecącej plazmy - filamentów. W Zakładzie Optyki rozwijane jest narzędzie pozwalające na równoległe rozwiązywanie zwyczajnych równań różniczkowych metodami implicite. Narzędzie zaimplementowane jest z użyciem technologii CUDA – obliczeń na kartach graficznych.

Praca polegać będzie na implementacji metody o zmiennym kroku czasowym oraz użycie nowej metody do rozwiązania zagadnienia fotojonizacji. Konieczna znajomość podstaw programowania obiektowego w języku C++.

Propagacja impulsów poza przybliżeniem przyosiowym

Opiekun: prof. Czesław Radzewicz, dr Tomasz Kardaś

Przy generacji splątanych par fotonów, w procesie wzmacniania parametrycznego i przy sumowaniu częstości stosowane są konfiguracje doświadczalne, gdzie oddziałują ze sobą niewspółosiowo poruszające się wiązki światła. Oddziaływania te dobrze opisuje rozwijany w Zakładzie Optyki model propagacji impulsów. Dla wiązek poruszających się względem siebie pod dużym kątem załamuje się stosowane w obecnym modelu przybliżenie przyosiowe.

Praca polegać będzie na zaimplementowaniu poprawki pozwalającej na wyjście poza przybliżenie przyosiowe i jej integrację z istniejącym modelem. Mile widziana znajomość języka Matlab.

Modelowanie wzmocnienia emisji spontanicznej w laserze ultraszybkim

Opiekun: prof. Czesław Radzewicz, dr Tomasz Kardaś

We wnęce ultraszybkiego lasera ultrakrótki impuls światła okresowo przebiega przez ośrodek laserowy. Co dzieje się w podczas jego nieobecności? W ośrodku rośnie populacja stanów wzbudzonych i następuje wzmacnianie fotonów emisji spontanicznej.

Praca polegać będzie na implementacji modelu ośrodka laserowego opartego o znane równania różniczkowe cząstkowe oraz wykonaniu obliczeń dla współczesnych laserów światłowodowych opartych na szkle domieszkowanym iterbem.

Kompensacja dyspersji we wzmacniaczach światłowodowych.

Opiekun: dr hab. Yuriy Stepanenko

Szkło krzemionkowe, z którego wykonywany jest rdzeń większości standardowych światłowodów komunikacyjnych posiada dodatni współczynnik dyspersji trzeciego rzędu. Ten rząd dyspersji nie może być kompensowany za pomocą powszechnie używanych kompresorów siatkowych lub pryzmatycznych używanych do sprowadzania rozciągniętego w czasie impulsu laserowego do ultrakrótkiego czasu trwania. Celem pracy jest wykorzystanie światłowodowej siatki Bragga z ujemnym współczynnikiem dyspersji III rzędu by zniwelować jej wpływ na czasową obwiednię impulsu.

W ramach pracy konieczne będzie zapoznanie się z teorią propagacji ultrakrótkich impulsów laserowych w materiałach o różnej dyspersji oraz przeprowadzenie eksperymentu mającego na celu niwelację fazy III rzędu i uzyskanie najkrótszego impulsu - zbliżonego do czasu trwania wynikającego z transformaty Fouriera widma impulsu.

Optyczna detekcja biomarkerów nowotworowych w powietrzu wydychanym z płuc

Opiekun: prof. dr hab. Tadeusz Stacewicz

Wczesna diagnoza chorób, a szczególnie chorób nowotworowych, jest czynnikiem decydującym o skuteczności leczenia. Obecnie brakuje metod pozwalających przeprowadzać skuteczne badania przesiewowe w dużej grupie pacjentów. Rozwiązaniem może być zastosowanie współczesnej optoelektroniki spektroskopii laserowej.

W powietrzu wydychanym przez człowieka, już na wczesnym etapie choroby nowotworowej, mogą pojawiać się w nadmiarowych koncentracjach pewne związki chemiczne (jak formaldehyd, etan, pentan itp.), świadczące o stanie pacjenta. Ich skuteczne wykrywanie może być przeprowadzone metodami optycznymi. Badania takie są bezinwazyjne, bezbolesne, a rezultaty otrzymuje się w po kilkuminutowej analizie próbki powietrza.

Praca licencjacka polegać będzie na analizie widm absorpcji markerów nowotworowych występujących w oddechu ludzkim i określeniu metod spektroskopii laserowej najlepiej nadających się do wykrywania tych związków. Niewykluczone są prace doświadczalne na ten temat.

Budowa ultrajasnego źródła par splątanych fotonów

Opiekun: dr Radosław  Łapkiewicz

W procesie spontanicznego parametrycznego podziału częstości (ang. spontaneous parametric down conversion, SPDC) fotony są emitowane w parach. Suma energii dwóch fotonów z pary jest równa energii  fotonu  pompy,  co  oznacza,  że  przy  wąskopasmowej  pompie,  suma  energii  jest  dobrze zdefiniowana. Dodatkowo, fotony z jednej pary są skorelowane w czasie, a czas korelacji dany jest przez ich czas  spójności,  który  może  być  bardzo  krótki.  Umożliwia  to efektywną  absorpcję  dwufotonową  przy niskich natężeniach.

W ramach projektu zostanie zaprojektowane,  zbudowane i  scharakteryzowane  źródło  SPDC  o możliwie największej jasności, co w dalszych częściach projektu (wykraczających poza pracę licencjacką) umożliwi obserwację procesów nieliniowych z udziałem splątanych fotonów. Źródło będzie pompowane laserem pracy ciągłej o wąskim  widmie,  a  kryształy  będą  dobrane  do  szerokowidmowego podziału  częstości.  W  konsekwencji,  otrzymamy bardzo  wąską antykorelację energii i fotonów z par (o szerokości danej przez szerokość widma lasera pompującego) i wąską korelację w czasie (daną przez czas spójności  pojedynczych  fotonów  z  par).

Wymagam wytrwałości w pracy laboratoryjnej i zrozumienia podstaw optyki kwantowej. Oferuję uczestnictwo w ambitnym projekcie badawczym i możliwość opanowania najnowszych technik optyki.

Pomiary przestrzennych i spektralnych własności światła kwantowego z użyciem kamery ze wzmacniaczem obrazu

Opiekun: dr Radosław  Łapkiewicz

W ostatnich latach szybki rozwój technologii umożliwił wkroczenie optyki (kwantowej) na nowy obszar. Kamery czułe na pojedyncze fotony z nanosekundową rozdzielczością czasową umożliwiają rejestrację par fotonów z rozdzielczością przestrzenną. To z kolei pozwala na łączenie efektów kwantowych z obrazowaniem i spektroskopią.

Celem projektu jest uruchomienie i charakteryzacja układu detekcji par fotonów z rozdzielczością przestrzenną i nanosekundową rozdzielczością czasową opartego na kamerze sCMOS ze wzmacniaczem obrazu. Do testów układu użyte zostanie źródło par fotonów oparte na procesie spontanicznego parametrycznego podziału częstości. Podobne źródła były w ostatnich dekadach wykorzystywane w licznych eksperymentach z optyki i informacji kwantowej.

Projekt jest wymagający, dlatego konieczne jest pełne zaangażowanie i gotowość do uczenia się nowych technik doświadczalnych i szybkiego przyswajania wiedzy z publikacji naukowych. Zastosowanie kamer do obserwacji zjawisk optyki kwantowej może prowadzić do ciekawych wyników i rozwinięcia nowych technik.

Macierz światłowodów jednomodowych do chłodzenia laserowego ultrazimnych mieszanin

Opiekun: dr Mariusz Semczuk

Wiązki laserowe używane w eksperymentach z ultrazimnymi atomami najczęściej wytwarzane są w fizycznie odseparowanych lokalizacjach i następnie muszą zostać pokryte przestrzennie w obszarze, gdzie znajdują się atomy. W wielu eksperymentach konieczne jest pokrycie przestrzenne wiązek o długościach fal różniących się o zaledwie 1 pikometr (np. pracując z mieszaninami izotopowymi) przy jednoczesnym zapewnieniu jednakowej polaryzacji wszystkich wiązek i minimalizacji strat mocy. Wymogi powyższe uniemożliwiają wykorzystanie luster dichroicznych czy elementów polaryzacyjnych.

Celem pracy będzie zbudowanie macierzy składającej się z 2-10 światłowodów jednomodowych zachowujących polaryzację, to jest konstrukcja urządzenia podobnego do komercyjnie dostępnych macierzy używających światłowodów wielomodowych. Konieczne będzie opracowanie metody orientacji i trwałego połączenia światłowodów tak, by ich osie optyczne były równoległe. Po dodaniu soczewki kolimującej wiązki opuszczające światłowody, powstałe urządzenie będzie kompatybilne ze standardowymi uchwytami optomechanicznymi. Mimo małego przesunięcia środków poszczególnych, skolimowanych wiązek nie stanowi to ograniczenia w typowych eksperymentach używających wiązek o średnicy rzędu 1 cm. Metoda produkcji i protokół testowy powinny być opracowane tak, by możliwe stało się łatwe wytwarzanie wielu układów tego rodzaju.

Jest to praca typowo doświadczalna dla osoby, która nie boi się „pobrudzić sobie rąk” i jednocześnie jest zainteresowana zdobyciem doświadczenia w pracy z laserami, światłowodami, urządzeniami do detekcji promieniowania optycznego oraz chciałaby poznać podstawy optyki – doświadczenie takie jest bardzo przydatne np. w przemyśle optoelektronicznym.

Potencjalna użyteczność tego typu urządzenia w fizyce eksperymentalnej jest bardzo duża, prawdopodobne jest zatem powstanie artykułu naukowego bazującego na wynikach pracy licencjackiej.

Układ laserowy do chłodzenia i pułapkowania atomów potasu w pułapce magneto-optycznej

Opiekun: dr Mariusz Semczuk

Przypadkowo zapytany człowiek z pewnością stwierdzi, że światło lasera podgrzewa materię. Wbrew codziennemu doświadczeniu okazuje się jednak, że lasery mogą być wykorzystane również do chłodzenia. Ta koncepcja, zaproponowana w latach 70tych, do dnia dzisiejszego jest szeroko wykorzystywana przez rzesze naukowców zajmujących się precyzyjnymi pomiarami, symulacjami kwantowymi, detekcją fal grawitacyjnych czy też interferometrią atomową. Technika chłodzenia laserowego była również nagrodzona nagrodą Nobla w 1997 roku i pośrednio przyczyniła się do otrzymania wyników nagrodzonych nagrodą Nobla w roku 2001.

Celem pracy będzie zbudowanie układu laserowego, który zostanie wykorzystany w nowopowstającym laboratorium do chłodzenia atomów potasu w pułapce magneto-optycznej. Najważniejsze zadania, których wykonanie jest elementem proponowanej pracy licencjackiej to: a) uruchomienie lasera MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) i wystabilizowanie częstości generowanego światła do linii D2 potasu, co zapewnia pracę na częstości rezonansowej z przejściem atomowym, b) ustawienie torów optycznych odpowiadających wiązkom do spowalniania atomów w spowalniaczu Zeemana, ich chłodzenia w pułapce magneto-optycznej i do obrazowania absorbcyjnego, c) przesunięcie częstości wiązek laserowych w poszczególnych torach optycznych przy użyciu modulatorów akusto-optycznych d) charakteryzacja szybkości włączania/wyłączania wiązek laserowych, gdzie rolę przesłony blokującej światło będą pełniły modulatory akusto-optyczne, e) sprzęgnięcie wiązek laserowych do światłowodów jednomodowych.

Praca umożliwi zapoznanie się z technikami laserowymi wykorzystywanymi w eksperymentach z ultrazimnymi atomami, umożliwiając nabycie doświadczenia w pracy z wąskopasmowymi laserami pracy ciągłej oraz metodami diagnostyki i charakteryzacji wiązek laserowych przy użyciu oscyloskopów, analizatorów widma i mierników mocy. Dodatkowo narzędzia, które będą wykorzystane w pracy licencjackiej (komercyjne układy firmy Toptica), są szeroko stosowane zarówno w wielu dziedzinach fizyki jak i w przemyśle, zwłaszcza w optoelektronice i telekomunikacji.

Należy podkreślić, że zbudowany układ będzie wykorzystany do wytwarzania cząsteczek KCs, zatem przez najbliższe 5-10 lat będzie integralną częścią unikalnego w skali światowej układu eksperymentalnego. 

Uklad laserowy do chłodzenia i pułapkowania atomów cezu w pułapce magneto-optycznej

Opiekun: dr Mariusz Semczuk

Przypadkowo zapytany człowiek z pewnością stwierdzi, że światło lasera podgrzewa materię. Wbrew codziennemu doświadczeniu okazuje się jednak, że lasery mogą być wykorzystane również do chłodzenia. Ta koncepcja, zaproponowana w latach 70tych, do dnia dzisiejszego jest szeroko wykorzystywana przez rzesze naukowców zajmujących się precyzyjnymi pomiarami, symulacjami kwantowymi, detekcją fal grawitacyjnych czy też interferometrią atomową. Technika chłodzenia laserowego była również nagrodzona nagrodą Nobla w 1997 roku i pośrednio przyczyniła się do otrzymania wyników nagrodzonych nagrodą Nobla w roku 2001.

Celem pracy będzie zbudowanie układu laserowego, który zostanie wykorzystany w nowopowstającym laboratorium do chłodzenia atomów cezu w pułapce magneto-optycznej. Najważniejsze zadania, których wykonanie jest elementem proponowanej pracy licencjackiej to: a) uruchomienie lasera MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) i wystabilizowanie częstości generowanego światła do linii D2 cezu, co zapewnia pracę na częstości rezonansowej z przejściem atomowym, b) ustawienie torów optycznych odpowiadających wiązkom do spowalniania atomów w spowalniaczu Zeemana, ich chłodzenia w pułapce magneto-optycznej i do obrazowania absorbcyjnego, c) przesunięcie częstości wiązek laserowych w poszczególnych torach optycznych przy użyciu modulatorów akusto-optycznych d) charakteryzacja szybkości włączania/wyłączania wiązek laserowych, gdzie rolę przesłony blokującej światło będą pełniły modulatory akusto-optyczne, e) sprzęgnięcie wiązek laserowych do światłowodów jednomodowych.

Praca umożliwi zapoznanie się z technikami laserowymi wykorzystywanymi w eksperymentach z ultrazimnymi atomami, umożliwiając nabycie doświadczenia w pracy z wąskopasmowymi laserami pracy ciągłej oraz metodami diagnostyki i charakteryzacji wiązek laserowych przy użyciu oscyloskopów, analizatorów widma i mierników mocy. Dodatkowo narzędzia, które będą wykorzystane w pracy licencjackiej (komercyjne układy firmy Toptica), są szeroko stosowane zarówno w wielu dziedzinach fizyki jak i w przemyśle, zwłaszcza w optoelektronice i telekomunikacji.

Należy podkreślić, że zbudowany układ będzie wykorzystany do wytwarzania cząsteczek KCs, zatem przez najbliższe 5-10 lat będzie integralną częścią unikalnego w skali światowej układu eksperymentalnego. 

Zintegrowany układ modulatora akusto-optycznego z podwójnym przejściem

Opiekun: dr Mariusz Semczuk

Przesuwanie częstotliwości światła laserowego często opiera się na dyfrakcji światła w materiale, którego współczynnik załamania jest modulowany przez fale dźwiękowe. W efekcie światło np. w pierwszym rzędzie dyfrakcyjnym jest przesunięte o częstość fali dźwiękowej (rzędu 100 MHz) i opuszcza materiał pod pewnym kątem względem wiązki początkowej. Urządzenia wykorzystujące to zjawisko, tzw. modulatory akusto-optyczne, umożliwiają zatem kontrolowane przesuwanie częstości światła. Ceną za to jest jednak zmiana kierunku propagacji wiązki (gdyż kąt dyfrakcji ulega zmianie wraz ze zmianą częstości fali dźwiękowej).

W wielu zastosowaniach wymagających sprzęgania światła do światłowodów konieczne jest jednoczesne przesuwanie częstości i utrzymanie stabilności kierunku propagacji wiązki, co osiąga się używając modulatorów akusto-optycznych w konfiguracji z podwójnym przejściem. Jednak takie rozwiązanie ma również wady, gdyż konfiguracja z podwójnym przejściem wymaga długich dróg optycznych, zajmując cenną przestrzeń w laboratorium. Wiąże się z tym także pewna niestabilność układu. W związku z tym rozwiązania takie są ograniczone niemal wyłącznie do warunków laboratoryjnych, w przeciwieństwie do układów z pojedynczym przejściem, które mogą być np. całkowicie oparte o światłowody, przez co są kompaktowe i mało wrażliwe na warunki zewnętrzne.

Celem pracy będzie zbudowanie zintegrowanego układu modulatora akusto-optycznego z podwójnym przejściem, w którym drogi optyczne będą odpowiednio zakrzywione przy pomocy zwierciadeł, aby zminimalizować powierzchnię zajmowaną przez układ. Wiązka wejściowa będzie pochodziła ze światłowodu jednomodowego. Do światłowodu tego typu sprzężona zostanie również wiązka wyjściowa. Elementy optyczne będą rozmieszczone tak, by umożliwić miniaturyzację i uczynić układ jak najbardziej monolitycznym, przybliżając go do standardów oczekiwanych od urządzeń komercyjnych. Docelowo układ powinien pracować bez zakłóceń nawet gdy będzie potrząsany – w idealnym przypadku przejdzie testy na stole wibracyjnym. Tym samym możliwe będzie wykazanie jego użyteczności do układów mobilnych.

Jeśli parametry zbudowanego układu sprostają oczekiwaniom, prawdopodobne jest powstanie artykułu opartego na przeprowadzonych badaniach. Dodatkowo, zostanie wtedy zbudowanych kilka takich urządzeń, które zostaną wykorzystane w układach laserowych w nowopowstającym laboratorium.

Fotoasocjacja ultrazimnych atomów i jej zastosowania

Opiekun: prof. dr hab. Paweł Kowalczyk          

Fotoasocjacja stała się w ostatnich latach potężnym narzędziem służącym do wytwarzania ultrazimnych cząsteczek dwuatomowych, homo i heterojądrowych, w wybranych stanach energetycznych, w tym również w absolutnym stanie podstawowym. Tematem pracy będzie wyjaśnienie podstaw fizycznych metody fotoasocjacji i omówienie możliwości jej zastosowań, zarówno bezpośrednich (np. w spektroskopii wysokiej zdolności rozdzielczej), jak i pośrednich (jako przygotowanie do dalszych eksperymentów, np. z dziedziny tzw. zimnej chemii lub informatyki kwantowej). Celem pracy będzie zapoznanie się z najnowszymi eksperymentami z ultrazimnymi cząsteczkami tworzonymi metodą fotoasocjacji, jak również zaletami i ograniczeniami tej metody w porównaniu do metod komplementarnych (np. magnetoasocjacji).

Obecnie w naszym laboratorium planowane są liczne doświadczenia z "zimną materią". Student, który wykaże się zaangażowaniem i znajomością tematu, będzie miał możliwość włączenia się w aktualnie prowadzone i zakrojone na szeroką skalę prace, mające na celu zbudowanie układu pozwalającego w pierwszym etapie na pułapkowanie dwóch rodzajów atomów metali alkalicznych w nakrywających się pułapkach magnetooptycznych (MOT). Następnych krokiem będzie fotoasocjacja oraz przejęcie kontroli nad stanami energetycznymi wytwarzanych cząsteczek. Budowa tego układu, zaplanowana na najbliższe kilka lat, jest finansowana z funduszy Unii Europejskiej w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka "Fizyka u podstaw nowych technologii". Stwarza to doskonałą możliwość kontynuowania prac badawczych w czasie studiów magisterskich i doktoranckich.

Spektroskopia laserowa dwuatomowych cząsteczek metali alkalicznych

Opiekun: prof. dr hab. Paweł Kowalczyk

Przedmiotem pracy będzie wyznaczenie, na podstawie obserwowanych doświadczalnie widm wzbudzenia cząsteczek, tzw. stałych cząsteczkowych (energii wzbudzenia, częstości oscylacji i rotacji cząsteczki, odległości między jądrami) oraz zależności energii chmury elektronowej od odległości międzyjądrowej dla jednej z dwuatomowych cząsteczek metali alkalicznych badanych w Zakładzie Optyki. Wielkości takie mają podstawowe znaczenie dla przewidywania przebiegu szeregu procesów fizycznych, między innymi laserowego chłodzenia i pułapkowania atomów oraz tworzenia z nich ultrazimnych molekuł. Są też istotne dla testowania wyników obliczeń teoretycznych struktury energetycznej cząsteczek, prowadzonych metodami chemii kwantowej. Przewidujemy możliwość włączenia się studenta w aktualnie prowadzone prace doświadczalne – obserwację widm wzbudzenia cząsteczek techniką laserowej spektroskopii polaryzacyjnej. W Laboratorium Badań Molekularnych badamy cząsteczki dwuatomowe, obserwując ich widma optyczne nowoczesnymi metodami spektroskopii laserowej. Zajmujemy się przede wszystkim cząsteczkami metali alkalicznych (np. Na2, NaLi, KLi, NaRb, LiCs, NaCs), które są szczególnie ciekawe i dla eksperymentatorów, i dla teoretyków. Jako najprostsze cząsteczki dwuatomowe po cząsteczce wodoru są to doskonałe obiekty do rozwijania teoretycznych metod chemii kwantowej – nasze wyniki doświadczalne są więc nieodzowne do testowania poprawności modeli teoretycznych. Z drugiej strony, osiągnięta w ostatnich latach kondensacja Bosego-Einsteina w parach metali alkalicznych, oraz prace nad tworzeniem ultrazimnych cząsteczek i nad kondensatem molekularnym, stwarzają duże zapotrzebowanie na dokładne dane spektroskopowe dotyczące cząsteczek metali alkalicznych – takich danych dostarczają nasze doświadczenia. Na podstawie obserwowanych widm umiemy wyznaczyć odległość jąder w cząsteczce, częstość ich drgań, częstość obrotów cząsteczki, a przede wszystkim zależność siły oddziaływania atomów tworzących cząsteczkę od ich odległości. Wszystkie te wiadomości zawarte są w tzw. krzywej energii potencjalnej, charakteryzującej dany stan cząsteczki. Krzywa ta z jednej strony obrazuje zależność energii oddziaływania atomów tworzących cząsteczkę od odległości między nimi, z drugiej przedstawia jamę potencjału, w której drgają jądra składowych atomów.

Wyznaczenie kształtu takich krzywych jest głównym celem naszych doświadczeń.

Spektroskopia optoakustyczna i optotermiczna

Opiekun:  prof. dr hab. Paweł Kowalczyk

Technika spektroskopii optoakustycznej pozwala na wykrywanie znikomych koncentracji cząsteczek jednego rodzaju w obecności innych cząsteczek o znacznie większej koncentracji.

Przykładem jej zastosowania jest detekcja zanieczyszczeń gazowych w atmosferze. Metoda spektroskopii optotermicznej pozwala z kolei wykryć obecność wzbudzonych cząsteczek w innych skrajnych warunkach – w tzw. strumieniu cząsteczkowym. Planowana praca powinna zawierać omówienie zasad obu technik i przedstawić przegląd ich wybranych zastosowań w oparciu o dostępną literaturę przedmiotu.

Konstrukcja dyspersyjnego spektrometru o wysokiej rozdzielczości

Opiekun: dr Michał Karpiński

Celem pracy będzie skonstruowanie spektrometru wykorzystującego mapowanie widmo-czas w ośrodku o wysokiej dyspersji. Jako ośrodek dyspersyjny wykorzystane zostanie włókno optyczne z siatką Braggowską o zmiennym okresie [Muriel99]. Podczas realizacji projektu zapoznasz się ze spawaniem światłowodów, czasoworozdzielczym zliczaniem pojedynczych fotonów i wykorzystasz te techniki do realizacji spektrometru. Wykonasz również interfejs graficzny w środowisku LabView.

[Muriel99] M. A. Muriel, J. Azaña, A. Carballar, Real-time Fourier transformer based on fiber gratings, Opt. Lett. 24, 1 (1999).

Przegląd literatury dotyczącej ultraszybkiego optycznego przetwarzania informacji

Opiekun:  dr Michał Karpiński

Techniki całkowicie optycznego przetwarzania informacji są obecnie niezwykle intensywnie rozwijane [Torres11]. Celem pracy będzie dokonanie przeglądu istniejącej literatury dotyczącej wykorzystania tych technik w zastosowaniach telekomunikacyjnych. Ponadto celem pracy będzie zidentyfikowanie  narzędzi mogących znaleźć zastosowanie w układach komunikacji kwantowej.

[Torres11] V. Torres-Company, J. Lancis, P. Andrés, Space-time analogies in optics, w: Progress in Optics, Elsevier, vol. 56, ss. 1-80 (2011).

Przegląd literatury dotyczącej wykorzystania ultraszybkiej spektrometrii i obrazowania w zastosowaniach biomedycznych

Opiekun:  dr Michał Karpiński

Techniki ultraszybkich całkowicie optycznych metod pomiarów widmowych i obrazowania [Goda13] zaczynają znajdować zastosowania w badaniu układów biologicznych. Celem pracy będzie dokładny przegląd istniejącej literatury dotyczącej wykorzystania tych technik do próbkowania układów biologicznych i na jego podstawie zidentyfikowanie obszarów, gdzie możliwe są ich nowe zastosowania. W przypadku szybkiego zidentyfikowania ciekawego zagadnienia możliwe będzie rozszerzenie projektu o składnik eksperymentalny.

[Goda13] K. Goda, B. Jalali, Dispersive Fourier transformation for fast continuous single-shot measurements, Nature Photon. 7, 102 (2013).

Detekcja fotoakustyczna absorpcji światła w cieczach

Opiekun: dr Piotr Fita

W ramach pracy licencjackiej badany będzie tzw. efekt fotoakustyczny, który polega na wzbudzeniu fali akustycznej w ośrodku modulowaną wiązką światła (np. w postaci ciągu impulsów laserowych). Poprzez detekcję fali akustycznej za pomocą odpowiedniej sondy (mikrofonu lub hydrofonu) można wykrywać bardzo słabą absorpcję światła: absorpcja światła powoduje lokalne nagrzewanie ośrodka, co skutkuje zmianą jego gęstości, prowadzącą do wzbudzenia fali akustycznej. Ponieważ jest to technika bez tła (brak absorpcji odpowiada zerowej amplitudzie fali akustycznej), pozwalająca na zastosowanie detekcji fazoczułej, skutecznie eliminującej szumy, możliwe jest osiągnięcie bardzo wysokiej czułości.

Celem pracy licencjackiej będzie zbudowanie układu pomiarowego pozwalającego na badanie absorpcji światła w roztworach barwników organicznych i jego optymalizacja pod kątem maksymalnej czułości. Ponieważ w ramach pracy konieczne będzie samodzielne wykonanie hydrofonu i komórki pomiarowej od studenta oczekiwana jest sprawność w drobnych pracach mechanicznych i znajomość podstaw elektroniki.

Zjawiska optyczne w ośrodkach niejednorodnych

Opiekun: dr Piotr Fita

W ośrodkach niejednorodnych, takich jak np. emulsje i zawiesiny, wiele cząsteczek znajduje się na granicy dwóch faz (na powierzchni kropelek, nanocząstek). Własności obszaru rozdzielającego dwie fazy mogą być zdecydowanie inne niż własności ośrodków tworzących te fazy, występujących samodzielnie. Może to prowadzić do takich efektów jak zmiana czasu życia stanu wzbudzonego cząsteczek na granicy faz lub zmiana ich widma absorpcji i emisji. Ponadto, ze względu na złamaną na powierzchni symetrię inwersyjną, możliwe jest tzw. rozpraszanie hiper-Rayleigha, w którym fotony rozproszone mają dwa razy większą energię niż fotony padające na ośrodek.

Praca licencjacka ma charakter doświadczalny i obejmuje zbudowanie układu pomiarowego pozwalającego na detekcję światła rozproszonego lub wyemitowanego przez cząsteczki zaadsorbowane na granicy faz w zawiesinie, emulsji lub roztworze miceli. Ze względu na bardzo małe natężenia światła, które trzeba rejestrować, jednym z wyzwań będzie zbudowanie układu pomiarowego o odpowiednio dużej czułości i niewrażliwego na światło docierające z otoczenia. Uruchomiony i scharakteryzowany układ pomiarowy zostanie wykorzystany w oryginalnych badaniach naukowych.

Konstrukcja elektronicznej aparatury pomiarowej

Opiekun: dr Piotr Fita

W ostatnich latach powstało wiele otwartych platform umożliwiających łatwe wykorzystanie nowoczesnej technologii mikroprocesorowej oraz programowalnych układów cyfrowych. Na platformy te składają się gotowe płytki elektroniczne z układami programowalnymi wprost z komputera PC i bezpośrednio dostępnymi portami wejścia/wyjścia a także środowiska umożliwiające ich programowanie w języku wysokiego poziomu (np. C). Zakres dostępnych urządzeń rozciąga się od układów wykorzystujących małe mikrokontrolery po komputery o dużej mocy obliczeniowej oraz złożone układy logiki programowalnej (FPGA). Niska cena tych urządzeń oraz bardzo obszerna baza już gotowych rozwiązań udostępnionych przez skupione wokół tych platform środowisko pozwala w łatwy i tani sposób wykorzystywać je w laboratoriach badawczych, zastępując wielokrotnie bardziej kosztowne i mniej elastyczne rozwiązania komercyjne.

Celem pracy licencjackiej jest skonstruowanie i oprogramowanie prostego urządzenia elektronicznego wykorzystywanego w optycznych układach doświadczalnych w oparciu o platformę Arduino (ewentualnie inną, w porozumieniu z opiekunem).

Trójwymiarowa, dwufotonowa fotolitografia – możliwości i ograniczenia

Opiekun: dr hab. Piotr Wasylczyk
 
Praca przede wszystkim doświadczalna. Poznanie technik wytwarzania oraz charakteryzacji mikrostruktur optycznych w Pracowni Nanostruktur Fotonicznych. Samodzielne zaprojektowanie, wykonanie i zbadanie własności prostych struktur, np. siatek fazowych (M. Nawrot, Ł. Zinkiewicz, B. Włodarczyk, P. Wasylczyk, "Transmission phase gratings fabricated with direct laser writing as color filters in the visible," Opt. Express 21, 31919- 31924 (2013)).
Zbadanie możliwości I ograniczeń dostępnej technologii fotolitografii. Możliwość nauczenia się solidnego warsztatu badawczego (współczesne układy optyczne, laserowe, skaningowa mikroskopia elektronowa), będzie też może coś do policzenia (rozwiązywanie równań propagacji światła w strukturach fotonicznych).

Trójwymiarowa fotolitografia z użyciem wiązek kształtowanych holograficznie

Opiekun: dr hab. Piotr Wasylczyk
 
Ambitna praca doświadczalna. Przewiduję opanowanie technologii dwufotonowej fotolitografii na urządzeniu Nanonscribe (3 miesiące), przygotowanie i charakteryzację wiązek kształtowanych przy pomocy masek fazowych (1 miesiąc) oraz wykonanie (1 miesiąc) i badanie (1 miesiąc) trójwymiarowych mikro- i nano struktur polimerowych. Konieczna cierpliwości i dokładność, znajomość angielskiego (czytanie literatury, przygotowanie publikacji) oraz gotowość do wytężonej pracy w laboratorium (200-300 godzin).
W zamian oferuję możliwość opanowania unikalnej technologii, poznanie współczesnych technik badawczych (np. mikroskopia elektronowa), pracę w nowoczesnym laboratorium optycznym i przygotowanie świetnej pracy licencjackiej (może być w języku angielskim).

Sondy światłowodowe wykonane przy pomocy dwufotonowej fotolitografii 3D

Opiekun: dr hab. Piotr Wasylczyk
 
Ambitna praca doświadczalna. Przewiduję opanowanie technologii  dwufotonowej fotolitografii na urządzeniu Nanonscribe (2 miesiące),  zaprojektowanie i wykonanie szeregu sond do mikroskopii bliskiego pola (SNOM) (1 miesiąc) oraz przetestowanie ich w mikroskopie SNOM (1 miesiąc). Konieczna cierpliwości i dokładność, znajomość angielskiego  (czytanie literatury, przygotowanie publikacji) oraz gotowość do  wytężonej pracy w laboratorium (200-300 godzin). W zamian oferuję  możliwość opanowania unikalnej w skali świata technologii, pracę w  nowoczesnym laboratorium optycznym, poznanie współczesnych technik  badawczych (mikroskopia elektronowa, mikroskopia bliskiego pola), i  przygotowanie świetnej pracy licencjackiej (może być w języku angielskim).

Polimery ciekłokrystaliczne i ich zastosowanie do wytwarzania trójwymiarowych mikrostruktur

Opiekun: dr hab. Piotr Wasylczyk
 
Ambitna praca doświadczalna z pogranicza fizyki, chemii i inżynierii  materiałowej. Planowane jest opanowanie od podstaw technologii  ciekłokrystalicznych polimerów i wykonanie przy ich pomocy mikrostruktur  (mechanicznych, fotonicznych) za pomocą dwufotonowej fotolitografii 3D.  Konieczna cierpliwości i dokładność, znajomość angielskiego (czytanie  literatury, przygotowanie publikacji) i gotowość do wytężonej pracy w  laboratorium (200-300 godzin).
W zamian oferuję możliwość udziału w  pionierskich pracach przy nowej technologii, poznanie współczesnych  technik badawczych (mikroskopia elektronowa i optyczna), i przygotowanie  świetnej pracy licencjackiej (może być w języku angielskim).

Sondy do testowania materiałów w mikroskali wykonane przy pomocy dwufotonowej fotolitografii 3D

Opiekun: dr hab. Piotr Wasylczyk
 
Ambitna praca doświadczalna. Przewiduję opanowanie technologii  dwufotonowej fotolitografii na urządzeniu Nanonscribe (2 miesiące),  zaprojektowanie i wykonanie szeregu sond (taranów) które będą używane, w  połączeniu z pęsetą optyczną do testowania własności materiałów (np.  sztywności błony komórkowej) w mikroskali (2 miesiąc). Część pomiarów we współpracy z Politechniką Wrocławską. Konieczna cierpliwości i  dokładność, znajomość angielskiego (czytanie literatury, przygotowanie  publikacji) oraz gotowość do wytężonej pracy w laboratorium (200-300 godzin).
W zamian oferuję możliwość opanowania unikalnej w skali świata  technologii, pracę w nowoczesnym laboratorium optycznym, poznanie
współczesnych technik badawczych (mikroskopia elektronowa, technologia  pęsety optycznej), i przygotowanie świetnej pracy licencjackiej (może  być w języku angielskim).

Mikrorezonatory pierścieniowe wykonane techniką Direct Laser Writing

Opiekun: dr hab. Piotr Wasylczyk
 
Ambitna praca doświadczalna. Planowane jest wykonanie przy pomocy  techniki trójwymiarowej fotolitografii układów rezonatorów  pierścieniowych o rozmiarach rzędu pojedynczych mikrometrów i zbadanie  ich zachowania przy wzbudzeniu tzw. whispering gallery modes. Przewiduję  opanowanie technologii dwufotonowej fotolitografii na urządzeniu  Nanonscribe (2 miesiące), projektowanie i wykonanie struktur rezonatorów (2 miesiące) oraz zbadanie ich właściwości optycznych (1 miesiąc).  Konieczna cierpliwości i dokładność, znajomość angielskiego (czytanie  literatury, przygotowanie publikacji) i gotowość do wytężonej pracy w  laboratorium.
W zamian oferuję możliwość opanowania współczesnych  technik fabrykacji (DWL) i charakteryzacji (mikroskopia SEM) w mikroskali i przygotowanie świetnej pracy licencjackiej (może być w języku angielskim).

Badanie absorpcji optycznej naturalnych i syntetycznych diamentów jubilerskich

Opiekun: dr hab. Piotr Wasylczyk
 
Ambitna praca doświadczalna. Planowane jest wykonanie układu  pomiarowego, jego przetestowanie i wykonanie pomiarów absorpcji w  świetle widzialnym naturalnych i syntetycznych diamentów jubilerskich.  Przewiduję projekt, budowę i uruchomienie układu pomiarowego (2  miesiące), pomiary i kalibrację układu (2 miesiące) oraz analizę  zebranych danych (1 miesiąc). Konieczna cierpliwości i dokładność, zapał  do majsterkowania i gotowość do wytężonej pracy w laboratorium. W zamian  oferuję możliwość udziału w unikatowym projekcie badawczym we współpracy  z przemysłem i przygotowanie świetnej pracy licencjackiej (może być w  języku angielskim).

do góry