This diploma thesis describes the function of commonly used elements among optical network, with an emphasis on fiber optic sensors. The basics of optical transmission and types of fibers are described, in addition to active and passive optical components, optical splitters and couplers. Optical fiber sensors are divided in two groups: intrinsic and extrinsic. Interferometric types of sensors are described in detail. The thesis compares theoretical assumptions and practical measurements of two serially-connected couplers. A~new module fulfilling real optical coupler function was made using Matlab. This module can be implemented into the VPIphotonics library. Finally, interferometric function of two serially-connected couplers was tested.

Intense few-cycle laser pulses can significantly affect the properties of transparent solids during the interaction. These processes take place on femtosecond time scales and they can be studied using ultrafast spectroscopic methods. This dissertation deals with highly nonlinear processes in diamond. In the interaction with a crystalline diamond, we observed a strong nonlinear broadening of the spectrum due to self-phase modulation effect, which allowed us to create a simple technique for compression of pulses from laser oscillator. At the same time, strongly nonlinear five-photon absorption was observed, in which we found a significant anisotropy and dependence on the polarization state. With two-beam pump and probe experiments we present a study of anharmonic phenomena in the dynamics of coherent phonons in diamond, additionally we created a new detection technique of lattice vibrations using multiphoton absorption. Finally, the high time resolution of the experiments revealed that the sub-picosecond electron dynamics strongly depends on the composition and morphology of the polycrystalline diamond thin films. The experimental results of this work provide comprehensive research into the interaction of diamond with few-cycle laser pulses and the development of new spectroscopic methods.

V současnosti jsme svědky stále zvyšujících se nároku na rychlost přenosu a zpracování signálu a kapacitu pamet’ových zařízení. Proto se pozornost výzkumných pracovníku zaměřuje k plně optickým zařízením, která by mohla splnit zmíněné požadavky. Jednou z intenzívně zkoumaných možností je využití mikroprstencových optických rezonátoru. Při výzkumu je nutné využít numerických metod, které simulují šíření optického záření v dané struktuře. K tomuto účelu existuje celá rada metod, které se liší v efektivitě výpočtu, použitých aproximacích, i možnostech použití. Cílem této práce bylo vyvinout dvě jednoduché a praktické numerické metody pro modelování šíření pulzního záření v nelineárních vlnovodných strukturách. Přítom bylo požadováno, aby, na rozdíl od obecně známé a často využívané metody konečných diferencí v časové oblasti (FD-TD), bylo možné metody snadno aplikovat při studiu nelineárních struktur založených na mikroprstencových rezonátorech. Proto vyvinuté metody používají některé aproximace, zejména aproximaci pomalu proměnné obálky. Výhodou metod je vysoká rychlost a skromné požadavky na výpočetní zdroje. Obě metody vycházejí ze zkutečnosti, že naprostá většina nelineárních struktur založených na mikroprstencových rezonátorech se skládá ze dvou základních prvku: obyčejných vlnovodu a vlnovodných vazebních clenu. První metoda řeší vázané parciální diferenciální rovnice, které popisují šíření obálky pulzu ve struktuře. Přitom je použito tzv. „up-wind“ schéma vhodné pro parciální diferenciální rovnice popisující šíření vln. Druhá metoda vychází z první; rozdíl je v popisu vazby mezi dvěma vlnovody. Pokud se v první metodě uvažuje realistická vazba rozložená na určité délce, pak druhá metoda je založena na představě vazby nacházející se v jednom místě. Díky tomu je možné integrovat příslušné rovnice a dosáhnout výrazného urychlení výpočtu. Kvazianalytický charakter druhé metody umožňuje dále snadnou klasifikaci různých typu ustálených řešení. Vzhledem k těmto vlastnostem byla druhá metoda využita k výzkumu samovolné generace optických pulzu ve strukturách skládajících se z vázaných prstencových rezonátoru. Obě metody, které byly vyvinuty během této práce, představují rychlé a fyzikálně názorné alternativy k metodě FD-TD, a tak lze očekávat, že mohou hrát důležitou roli při výzkumu nelineárních vlnovodných struktur.

This thesis focuses on preparation of novel compounds suitable for nonlinear optics (NLO). In particular, the target property is the second harmonic generation (SHG) and the group of interest are salts of the cations with delocalized electrons which can serve as carriers of the NLO properties. In particular, four derivatives of the highly interesting molecule of guanidine were selected and their NLO potential was proven by quantum chemical computations. In total, twenty new structures were described and those with the noncentrosymmetric structure assembly were examined for the SHG efficiency. Four of the prepared compounds exhibited a noticeable SHG efficiency, two of them even comparable to urea. The most promising compound, the guanylurea hydrogen phosphite (GUHP), was examined in more detail while many interesting NLO properties were revealed. The results of this work are presented also in 10 attached publications which are an integral part of the thesis. Keywords: nonlinear optics, second harmonic generation, guanidine derivatives, guanylurea, N-phenylbiguanide, N,N-dimethylbiguanide, N,N,N˝-triphenylguanidine

Tato diplomová práce se zabývá modelováním bodové rozptylové funkce (point spread function, PSF) u skenovacího transmisního elektronového mikroskopu (STEM). Nejprve je provedena teoretická rešerše, kde jsou popsány všechny důležitě aspekty, potřebné k následnému modelování. Je tedy proveden základní popis konstrukce přístroje a určeny jeho klíčové komponenty, které mají hlavní vliv na tvar výsledné PSF. Následně jsou popsány hlavní zobrazovací vady, které ovlivňují výslednou PSF. Ty jsou popsány z hlediska vlnové optiky. Na základě toho je pak navržen a zrealizován poměrně přesný model PSF u mikroskopu STEM. Poté je vytvořeno GUI, které umožňuje plné využití daného vytvořeného modelu. Na závěr je získaný model otestován na modelových a reálných datech, pomocí metody Lucy-Richardson.

Multimódová vlákna jsou zobrazovacím prostředkem s významným potenciálem v in-vivo mikroendoskopii. V poslední době tato metoda zaznamenala velký rozvoj, a to díky zdokonalování výpočetní a jiné techniky, například prostorové modulace světla. Cílem této práce bylo nalézt specifické limity zobrazování multimódovými vlákny a představit jejich počítačovou simulaci. Byl zkoumán vliv způsobu osvětlení optického systému obsahujícího multimódové vlákno na jeho schopnost fokusace a zobrazování. Analýzou dat získaných ze simulací a experimentu bylo zjištěno, že různá míra omezení Gaussovského svazku a plnění apertury multimódového vlákna má za následek významnou změnu zobrazovacích schopností systému. Při pozorování kvality fokusace bylo zjištěno, že nejlépe se projevují svazky málo omezené aperturou vlákna. Tento fakt byl potvrzen i experimentálním měřením. Zobrazování za použití svazků s podobnými hodnotami omezení (50%) projevovalo i nejlepší schopnost přenosu kontrastu. Avšak při analýze rozlišení dvou bodových objektů se jako nejvhodnější projevily svazky významně přeplňující numerickou aperturu vlákna, 100% a více. Přítomnost tohoto rozdílu poukazuje na skutečnost, že multimódové vlákno není zcela náhodné médium, ale propagace světla skrz multimódové vlákno projevuje znaky závislosti na vnějších zobrazovacích podmínkách, jako je například změna omezení osvětlovacího svazku. V této práci bylo představeno několik způsobů vyhodnocení kvality zobrazování pomocí multimódového vlákna. Každé z těchto kritérií podalo dílčí charakteristiku chování optického systému obsahujícího multimódové optické vlákno. Jednotlivé výsledky se neshodují na jednom konkrétním řešení a nutí osobu využívající zobrazovací systém obsahující multimódové vlákno ke zvážení několika aspektů, a to v jakém prostředí bude daný optický systém využívat a který parametr kvality zobrazení bude považovat za nejdůležitější.

V této práci je představeno zařízení pro ozařování MeV ionty při tandemovém urychlovači na univerzitě v Uppsale. Jsou podány základy teorie interakce iontů s pevnou látkou a modifikace materiálu pomocí iontů s vysokou energií. Zařízení tandemového urychlovače je popsáno počínaje generací iontů a konče dopadem iontů na vzorek v hlavní komoře zařízení pro iontové ozařování. Následně jsou detailně charakterizovány modifikace systému pro přesun vzorků a popsán princip jeho funkce. Pilotní aplikace upraveného systému v oblasti materiálových modifikací je prezentována na příkladu ozařování Ge kvantových teček. Homogenita rozložení iontů na vzorku při ozařování je testována pomocí simulace elektrostatického deflektoru.

This work deals with questions of space assembling of several optics beams. There are mentioned the base features and values of space distribution of beam intensity in laser beam. The forms of diffusion of space localized light that is described by beam optics. There is a characterization of Gaussian beam, and diffraction of several beams. There is mentioned a simulation an assembling of two and more beams. It contains model of assembling incoherent beams. The work also includes suggestion of final layout of laser beams, which form optical transmitter with radiating characteristics, resistant to defects evoked by atmosphere.

This thesis introduces reader to current knowledge of nanomaterials and their usage. It summarises production methods and usage of different materials in nuclear power plants, nuclear research and nuclear medicine. Theoretical part of this thesis is dedicated to possible usage of carbon nanotubes for neutron beam collimation and guides. In experimental part different materials were tested in measuring box connected to horizontal radial channel of VR-1 nuclear reactor and their influence on neutron flux was measured. Tested samples were non-oriented carbon nanotubes, carbon nanofibers, alumina nanowires, oriented carbon nanotubes with several angles of rotation and these samples were compared with results of graphite.

This thesis is focused on preparation and study of new compounds of chosen organic bases with potential use in nonlinear optics. 2-amino-5-nitropyrimidine, 2-amino-4-methylpyrimidine and their salts with inorganic and organic acids are compounds of the main interest. Diffraction and vibrational-spectroscopic methods of characterization were used in combination with quantum chemical calculation methods. Another aim of this thesis was preparation of new salts of chosen pyrimidine derivates with the use of methylsulphonic acid. Part of this section is devoted to completion of pyridinium methylsulphonate phase transition and nonlinear optical property studies.