The subject of this master’s thesis is the design and assessment of footbridge in Železný Brod across the Jizera river. The preliminary assessment contains 3 different variants of footbridges. Based on the multi-criteria analysis will be chosen the most suitable type for detailed design. Detailed static analysis contains assessment of the main load-bearing parts of the structure including joints. The length of span is 60,0 m and the width of passage is 2,5 m. The structure is made of steel class S355 and S460.

The content of the thesis is a static design of the supporting parts of the extension of the textbook pavilion of the elementary school in Mirošov. The proposed building is a four-storey reinforced concrete monolithic column construction. The ceilings above the first three floors are designed as cross-reinforced slabs with internal girders. The roof slab consists of a monolithic slab with additionally prestressed beams. The internal forces were calculated using SCIA Engeneer 19.0 and these values were subsequently verified by manual calculation. The design followed the applicable European standards. The result of the work is a static assessment of the object and corresponding drawing documentation.

The task of the thesis is to design composite steel-concrete bridge consisting of four spans. Student will design two versions – continuous beam and four simple supported beams.

Dizertačná práca je zameraná na štúdium a analýzu rozloženia optickej intenzity v laserovom zväzku v rovine vysielacej (TXA) a prijímacej apertúry (RXA), ktorý podlieha zmenám ako pri šírení voľným priestorom, tak pri šírení atmosférou. Cieľom práce je nájsť optimálne rozloženie optickej intezity v rovine vysielacej apertúry, ktoré bude minimálne ovplyvnené apertúrou vysielača a atmosférickými turbulenciami. Za účelom analýzy šírenia optickej vlny atmosférou bola využitá simulácia založená na metóde Split-Step. Šírenie Flattened Gaussian zväzku bolo analyzované pre režim slabých a stredných turbulencií. Práca sa zaoberá použitím multimódového vlákna s veľkým priemerom jadra ako tvarujúceho elementu a obsahuje návrh refrakčného tvarovača, pomocou ktorého je možno konvertovať Gaussovský zväzok na zväzok s uniformným rozložením optickej intenzity. Nakoniec je pomocou získaných poznatkov zostavený plne fotonický vysielač a prijímač, ktorých použitie spočíva v generovaní a príjmaní optickej koherentnej vlny prenášajúcej presnú fázu.

GeV electron bunches accelerated on a centimeter scale device exemplify the extraordinary advances of laser-plasma acceleration. The combination of high charges from optimized injection schemes and intrinsic femtosecond short bunch duration yields kiloampere peak currents. Further enhancing the current while reducing the energy spread will pave the way for future application, e.g. the driver for compact secondary radiation sources such as high-field THz, high-brightness x-ray or gamma-ray sources. One essential key for beam transport to a specific application is an electron bunch with high quality beam parameters such as low energy spread as well as small divergence and spot size. The inherent micrometer size at the plasma exit is typically sufficient for an efficient coupling into a conventional beamline. However, energy spread and beam divergence require optimization before the beam can be transported efficiently. Induced by the high peak current, the beam loading regime can be used in order to achieve optimized beam parameters for beam transport. / In this thesis, the impact of beam loading on the transverse electron dynamic is systematically studied by investigating betatron radiation and electron beam divergence. For this reason, the bubble regime with self-truncated ionization injection (STII) is applied to set up a nanocoulomb-class laser wakefield accelerator. The accelerator is driven by 150TW laser pulses from the DRACO high power laser system. A supersonic gas jet provides a 3mm long acceleration medium with electron densities from 3 × 10^18 cm^−3 to 5 × 10^18 cm^−3. The STII scheme together with the employed setup yields highly reproducible injections with bunch charges of up to 0.5 nC. The recorded betatron radius at the accelerator exit is about one micron and reveals that the beam size stays at the same value. The optimal beam loading, which is observed at around 250 pC to 300 pC, leads to the minimum energy spread of ~40MeV and a 20% smaller divergence. It is demonstrated that an incomplete betatron phase mixing due to the small energy spread can explain the experimentally observed minimum beam divergence.

Ziele wie eine hohe Auflösung und ein hoher Durchsatz sind bisher in der Elektronenstrahllithografie nicht gleichzeitig erreichbar; es existieren daher die Belichtungskonzepte Gaussian-Beam und Variable-Shaped-Beam (VSB), die auf Hochauflösung respektive Durchsatz optimiert sind. In dieser Arbeit wird der experimentelle Kreuzvergleich beider Belichtungskonzepte mit Hilfe chemisch verstärkter und nicht verstärkter Lacksysteme präsentiert. Als quantitativer Parameter wurde die Gesamtunschärfe eingeführt, die sich durch quadratische Addition der auflösungslimitierenden Fehlerquellen, also Coulomb-Wechselwirkungen (Strahlunschärfe), Lackprozess (Prozessunschärfe) und Proximity-Effekt (Streuunschärfe), ergibt. Für den Vergleich wurden wohldefinierte Prozesse auf 300 mm Wafern entwickelt und umfassend charakterisiert. Weitere Grundlage ist die Anpassung oder Neuentwicklung spezieller Methoden wie Kontrast- und Basedosebestimmung, Doughnut-Test, Isofokal-Dosis-Methode für Linienbreiten und Linienrauheit sowie die Bestimmung der Gesamtunschärfe unter Variation des Fokus. Es wird demonstriert, dass sich mit einer kleineren Gesamtunschärfe die Auflösung dichter Linien verbessert. Der direkte Vergleich der Gesamtunschärfen beider Belichtungskonzepte wird durch die variable Strahlunschärfe bei VSB-Schreibern erschwert. Da für die Bestimmung der Gesamtunschärfe keine Hochauflösung nötig ist, wird das Testpattern mit größeren Shots belichtet und induziert somit eine größere Gesamtunschärfe. Es wird gezeigt, dass die Prozessunschärfe den größten Anteil der Gesamtunschärfe stellt. Außerdem spielt die Streuunschärfe bei Lackdicken kleiner 100 nm und Beschleunigungsspannungen von 50 kV oder größer keine Rolle.:Titelblatt Kurzfassung / Abstract 1 Motivation 2 Grundsätze und Fragestellungen der Elektronenstrahllithografie 2.1 Wirkprinzipien der Elektronenoptik 2.1.1 Köhlersche Beleuchtung 2.1.2 Linsenfehler 2.1.3 Raumladung, Coulomb-Wechselwirkungen und Strahlunschärfe 2.2 Proximity-Effekt 2.2.1 Streuprinzipien der Wechselwirkung Elektron-Materie 2.2.2 Strukturdefinition, Proximity-Effekt-Korrektur und Streuunschärfe 2.3 Lackeigenschaften und Lackchemie 2.3.1 Tonalität und Prozessierung 2.3.2 Kontrast und Empfindlichkeit 2.3.3 Chemisch nicht verstärkte Lacke 2.3.4 Chemisch verstärkte Lacke 2.3.5 Prozessunschärfe 2.4 Auflösung 2.4.1 Prinzip von Gaussian-Beam und Variable-Shaped Beam 2.4.2 Aufbau, Strahlengang, Intensitätsprofil und Auflösung beider Belichtungskonzepte 2.4.3 Messtechnische Bestimmung der Auflösung 2.4.4 Schlussfolgerung für die Auflösung und Definition der Gesamtunschärfe 3 Prozessentwicklung und -charakterisierung 3.1 Chemisch verstärkte Negativlacke einer Lackserie 3.1.1 Vergleich der Schichtdicken und -nonuniformitäten 3.1.2 Vergleich der Kontrastkurven und Charakteristika 3.1.3 Entwicklungseinfluss auf Kontrastkurven und Linienbreiten 3.1.4 Vergleichende Backempfindlichkeiten bezüglich PAB und PEB 3.1.5 Auswahl von Prozess und nCAR3 für weitere Experimente 3.1.6 Struktur des Lackmaterials und FTIR-Untersuchungen des nCAR3 3.2 HSQ als chemisch nicht verstärkter Lack 3.2.1 Prozessierung 3.2.2 Schichtdicken und -nonuniformitäten 3.2.3 Einfluss der Entwicklung und der Wartezeit nach dem Belacken auf Kontrastkurven und Auflösung 3.2.4 Einfluss der Schichtdicke auf Kontrastkurven und Basedose 3.2.5 Mögliche Temperaturschritte 3.2.6 Auflösung 3.2.7 Struktur, Reaktion und grundlegende FTIR-Untersuchungen 4 Methodenentwicklung für späteren Vergleich 4.1 Kontrastbestimmung 4.2 Definition der Basedose und deren Bestimmung 4.3 Bestimmung der Modulationstransferfunktion 4.4 Doughnut-Test zur Rückstreuparameterbestimmung 4.5 Isofokal-Dosis-Methode 4.6 Erweiterte Isofokal-Dosis-Methode zur Bestimmung der Gesamtunschärfe unter Variation des Fokus 5 Experimenteller Kreuzvergleich 5.1 Prozessbedingungen für nCAR3 und HSQ 5.2 Prozessvergleich: Kontrast, Basedose, Prozessbreite 5.3 Isofokal-Dosis-Methode angewendet auf Linienbreite, Auflösung und Linienrauheit 5.4 Bestimmung der Gesamtunschärfe 5.5 Doughnut-Test für Variable-Shaped-Beam-Schreiber 5.6 Vergleich der Modulationstransferfunktionen 5.7 Auflösung isolierter und dichter Linien 5.8 Interpretation und Verknüpfung der experimentellen Ergebnisse 6 Zusammenfassung und Ausblick Abkürzungen Formelzeichen und Symbole Literaturverzeichnis Veröffentlichungen Danksagung Lebenslauf / Up to now, targets like high resolution and high throughput can not be achieved at the same time in electron beam lithography; therefore, the exposure concepts Gaussian-Beam and Variable-Shaped-Beam (VSB) exist, which are optimized for high resolution and throughput, respectively. In this work, the experimental cross-comparison of both exposure concepts is presented using chemically amplified and non-chemically amplified resist systems. For quantification the total blur parameter has been introduced, which is the result of the quadratic addition of the resolution limiting error sources, like Coulomb interactions (beam blur), resist process (process blur) and proximity-effect (scatter blur). For the comparison, well-defined processes have been developed on 300 mm wafers and were fully characterized. Further basis is the adaption or the new development of special methods like the determination of contrast and basedose, the doughnut-test, the isofocal-dose-method for line widths and line roughness as well as the determination of the total blur with variation of the focus. It is demonstrated, that the resolution of dense lines is improved with a smaller total blur. The direct comparison of the total blur values of both exposure concepts is complicated by the variable beam blur of VSB writers. Since high resolution is not needed for the determination of the total blur, the test pattern is exposed with larger shots on the VSB writer, which induces a larger total blur. It is shown that the process blur makes the largest fraction of the total blur. The scatter blur is irrelevant using resist thicknesses smaller than 100 nm and acceleration voltages of 50 kV or larger.:Titelblatt Kurzfassung / Abstract 1 Motivation 2 Grundsätze und Fragestellungen der Elektronenstrahllithografie 2.1 Wirkprinzipien der Elektronenoptik 2.1.1 Köhlersche Beleuchtung 2.1.2 Linsenfehler 2.1.3 Raumladung, Coulomb-Wechselwirkungen und Strahlunschärfe 2.2 Proximity-Effekt 2.2.1 Streuprinzipien der Wechselwirkung Elektron-Materie 2.2.2 Strukturdefinition, Proximity-Effekt-Korrektur und Streuunschärfe 2.3 Lackeigenschaften und Lackchemie 2.3.1 Tonalität und Prozessierung 2.3.2 Kontrast und Empfindlichkeit 2.3.3 Chemisch nicht verstärkte Lacke 2.3.4 Chemisch verstärkte Lacke 2.3.5 Prozessunschärfe 2.4 Auflösung 2.4.1 Prinzip von Gaussian-Beam und Variable-Shaped Beam 2.4.2 Aufbau, Strahlengang, Intensitätsprofil und Auflösung beider Belichtungskonzepte 2.4.3 Messtechnische Bestimmung der Auflösung 2.4.4 Schlussfolgerung für die Auflösung und Definition der Gesamtunschärfe 3 Prozessentwicklung und -charakterisierung 3.1 Chemisch verstärkte Negativlacke einer Lackserie 3.1.1 Vergleich der Schichtdicken und -nonuniformitäten 3.1.2 Vergleich der Kontrastkurven und Charakteristika 3.1.3 Entwicklungseinfluss auf Kontrastkurven und Linienbreiten 3.1.4 Vergleichende Backempfindlichkeiten bezüglich PAB und PEB 3.1.5 Auswahl von Prozess und nCAR3 für weitere Experimente 3.1.6 Struktur des Lackmaterials und FTIR-Untersuchungen des nCAR3 3.2 HSQ als chemisch nicht verstärkter Lack 3.2.1 Prozessierung 3.2.2 Schichtdicken und -nonuniformitäten 3.2.3 Einfluss der Entwicklung und der Wartezeit nach dem Belacken auf Kontrastkurven und Auflösung 3.2.4 Einfluss der Schichtdicke auf Kontrastkurven und Basedose 3.2.5 Mögliche Temperaturschritte 3.2.6 Auflösung 3.2.7 Struktur, Reaktion und grundlegende FTIR-Untersuchungen 4 Methodenentwicklung für späteren Vergleich 4.1 Kontrastbestimmung 4.2 Definition der Basedose und deren Bestimmung 4.3 Bestimmung der Modulationstransferfunktion 4.4 Doughnut-Test zur Rückstreuparameterbestimmung 4.5 Isofokal-Dosis-Methode 4.6 Erweiterte Isofokal-Dosis-Methode zur Bestimmung der Gesamtunschärfe unter Variation des Fokus 5 Experimenteller Kreuzvergleich 5.1 Prozessbedingungen für nCAR3 und HSQ 5.2 Prozessvergleich: Kontrast, Basedose, Prozessbreite 5.3 Isofokal-Dosis-Methode angewendet auf Linienbreite, Auflösung und Linienrauheit 5.4 Bestimmung der Gesamtunschärfe 5.5 Doughnut-Test für Variable-Shaped-Beam-Schreiber 5.6 Vergleich der Modulationstransferfunktionen 5.7 Auflösung isolierter und dichter Linien 5.8 Interpretation und Verknüpfung der experimentellen Ergebnisse 6 Zusammenfassung und Ausblick Abkürzungen Formelzeichen und Symbole Literaturverzeichnis Veröffentlichungen Danksagung Lebenslauf

Doctor of Philosophy / Department of Physics / Itzhak Ben-Itzhak / Present advances in laser technology allow the production of ultrashort (≲5 fs, approaching single cycle at 800 nm), intense tabletop laser pulses. At these high intensities laser-matter interactions cannot be described with perturbation theory since multiphoton processes are involved. This is in contrast to photodissociation by the absorption of a single photon, which is well described by perturbation theory. For example, at high intensities (≳5×10[superscript]13 W/cm[superscript]2) the fragmentation of molecular hydrogen ions has been observed via the absorption of three or more photons. In another example, an intriguing dissociation mechanism has been observed where molecular hydrogen ions seem to fragment by apparently absorbing no photons. This is actually a two photon process, photoabsorption followed by stimulated emission, resulting in low energy fragments. We are interested in exploring these kinds of multiphoton processes. Our research group has studied the dynamics and control of fragmentation induced by strong laser fields in a variety of molecular targets. The main goal is to provide a basic understanding of fragmentation mechanisms and possible control schemes of benchmark systems such as H[subscript]2[superscript]+. This knowledge is further extended to more complex systems like the benchmark H[subscript]3[superscript]+ polyatomic and other molecules. In this dissertation, we report research based on two types of experiments. In the first part, we describe laser-induced fragmentation of molecular ion-beam targets. In the latter part, we discuss the formation of highly-excited neutral fragments from hydrogen molecules using ultrashort laser pulses. In carrying out these experiments, we have also extended experimental techniques beyond their previous capabilities. We have performed a few experiments to advance our understanding of laser-induced fragmentation of molecular-ion beams. For instance, we explored vibrationally resolved spectra of O[subscript]2[superscript]+ dissociation using various wavelengths. We observed a vibrational suppression effect in the dissociation spectra due to the small magnitude of the dipole transition moment, which depends on the photon energy --- a phenomenon known as Cooper minima. By changing the laser wavelength, the Cooper minima shift, a fact that was used to identify the dissociation pathways. In another project, we studied the carrier-envelope phase (CEP) dependences of highly-excited fragments from hydrogen molecules. General CEP theory predicts a CEP dependence in the total dissociation yield due to the interference of dissociation pathways differing by an even net number of photons, and our measurements are consistent with this prediction. Moreover, we were able to extract the difference in the net number of photons involved in the interfering pathways by using a Fourier analysis. In terms of our experimental method, we have implemented a pump-probe style technique on a thin molecular ion-beam target and explored the feasibility of such experiments. The results presented in this work should lead to a better understanding of the dynamics and control in molecular fragmentation induced by intense laser fields.

Les nanofils (NFs), de par leur propriétés opto et nanoélectroniques sont devenus des éléments indispensable à la fabrication des dispositifs de la nanoélectronique. Le problème principal reste la reproductibilité en terme de densité de NFs, de diamètre... Cette thèse a pour but de développer grâce à la technologie FIB, un procédé permettant l'élaboration de NFs organisés et homogène en taille. / Due to their ease of fabrication and unique physical properties, semiconductor nanowires (NWs) have been proposed as building blocks for new nanoelectronic and photonic devices. Various processes have been developed to obtain large density of ultra-small NWs but naturally forms nanowires often lack reproducibility. We propose to develop a bottom-up (B-U)processes which is based on naturally formed NWs grown on a patterned substrate resulting from self-assembly of metallic clusters or exposition to a focused ion beam (FIB). The major goal consist to obtain organized and homogeneous NWs.

Cette thèse porte sur l’étude d’une nouvelle source de particules chargées peu dispersive basée sur le refroidissement d’atomes par laser. Les technologies actuelles, basées sur des pointes fines de quelques nanomètres, sont limitées à des faisceaux de hautes énergies (champ d’accélération supérieur à 10 kV) et de fortes dispersions supérieures à 1 eV du fait des fortes interactions entre les particules se retrouvant très proches les unes des autres au moment de leur création. Une nouvelle source, basée sur un jet atomique refroidi transversalement et ionisé par lasers, permet d’étendre la zone de création des particules chargées à des dimensions de quelques centaines de micron et ainsi de limiter les intéractions entre les particules, tout en créant une source refroidie à 100 µK et ainsi très peu dispersive. Un guidage, utilisant la force dipolaire exercée par un laser appliqué le long de la propagation des atomes, est étudié expérimentalement et permet de piéger les atomes au centre du laser piégeur. En jouant sur la forme du laser, il est ainsi possible de concentrer les atomes dans une section de diamètre de l’ordre de 0,4 mm. Il est dès lors envisageable de créer une source de particules chargées avec des courants supérieurs au nA. L’ionisation des atomes du jet refroidi, basée sur l’ionisation d’atomes de Rydberg sous champ, est étudiée et comparée aux récentes expériences de photoionisation d’atomes refroidis dans un MOT-3D. / This thesis presents the creation of charged-particle beam based on a source with a low energy spread. Common sources, based on thin nanometer-size needle, allows to create charged-particles beams with a high energy (electric higher than 10 kV are used) and with a high energy spread (higher than 1 eV) due to interactions between particles created close to each other. A new source, based on an atomic beam cooled transversaly and ionized using lasers, allows to extend the size of the source until 100 µm and limit the interactions between particles while creating a cold source with temperatures as low as few 100 µK and thus with a low energy spread. A guiding laser applied along the propagation axis of the atomic beam uses the dipole force to concentrate the atoms in a area with a size as little as 0,4 mm while keeping the properties of low temperature of the atomic beam. With this kind of source, it is possible to create a charged-particle beam with a current greater than 1 nA. A new process of ionisation based Rydberg ionisation is studied in this thesis and compared to the early experiments based on photoionisation of cold atoms from a 3D-MOT.

After nearly 100 years of particle acceleration, particle accelerator experiments continue providing results within the field of high energy physics. Particle acceleration is used worldwide in practical applications such as radiation therapy and materials science research. Unfortunately, these accelerators are large and expensive. Dielectric Laser Acceleration (DLA) is a promising technique for accelerating particles with high acceleration gradients, without requiring large-scale accelerators. DLA utilizes the electric field of a high energy laser to accelerate electrons in the proximity of a nanostructured dielectric surface.The aim of this project was limited to laser beam routing and imaging techniques for a DLA experiment. The goal was to design the laser beam pathway between the laser and the dielectric sample, and testing a proposed imaging system for aiming the laser. This goal was achieved in a test setup using a low-energy laser. In the main setup including a femtosecond laser, the result indicated lack of focus. For a full experimental setup, a correction of this focus is essential and the beam path would need to be combined with a Scanning Electron Microscope (SEM) as an electron source.