HELÁN, R. Modelování a optimalizace komplexních vláknových difrakčních struktur [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2009.
Doktorand Ing. Radek Helán zahájil doktorandské studium v r. 2004. Téma jeho práce vzniklo jako odpověď na existující poptávku výzkumu a vývoje aplikací optických vláknových struktur v senzorové technice. Doktorand se v prvních letech svého studia zaměřil na teorii a technologii optických vláknových mřížek z pohledu analýzy jejich vlastností a poznávání aplikačních možností. Později začal studovat složitější mřížkové struktury (apodizace, chirp, násobné mřížky) a v jeho pracích vznikly první simulační programy pro analýzu apodizované a chirpované mřížky, programy založené na teorii vázaných vidů. Následně začíná pracovat s metodou vrstvení dielektrika a srovnávat účinnosti a parametry metod pro simulaci chování vláknových mřížek. Zdokonalování simulačních algoritmů mu otevřelo cestu k zkoumání složitých mřížkových struktur a hledání způsobů a metod návrhu vláknových difrakčních prvků. Zdokonalil simulační model založený na vrstvení dielektrika, pokročil v simulacích složitějších struktur (násobné mřížky, mřížky vyšších řádů, analýza vlivu mezimřížkových prostor na amplitudovou a fázovou charakteristiku, citlivostní analýza na jednotlivé parametry, zavedení útlumu a disperze do modelu), což mu umožnilo zabývat se syntézou parametrů složitějších struktur s požadovanou spektrální charakteristikou. Téma práce "Modelování a optimalizace komplexních vláknových difrakčních struktur" je z praktického aplikačního hlediska atraktivní a otevíralo řadu neřešených otázek chování vláknových mřížek a hledání nových struktur pro senzorické i komunikační aplikace i struktur s potlačením vznikajících parazitních jevů. Doktorand se zadané problematice věnoval systematicky. Podrobně prostudoval a zvládl teoretické i aplikační problémy vlnové optiky, difrakce, analytických i numerických metod simulace přenosových vlastností vláknových vlnovodů. Detailně se věnoval studiu, modelování i experimentálnímu zjišťování vlastností a specifického chování optických vláknových systémů a struktur Braggových vláknových mřížek. V červnu 2006 složil státní závěrečnou zkoušku k níž předložil pojednání o disertační práci s názvem "Modelování a optimalizace reálných vláknových difrakčních členů". Problematika práce a zapojení do výzkumných úkolů s příbuznou tématikou ho přivedla k hledání cest návrhu mřížek s požadovaným chováním. Tuto kritickou část prací dovedl k závěru brilantním řešením návrhu a optimalizace struktur rozkladem frekvenční odezvy. Vedle řady dílčích prací, jejichž výsledky doktorand průběžně publikoval, jeho práce integrovala jeho originální teoretické úvahy s množstvím experimentálních prací. Doktorand byl spoluředitelem projektu GAAV "Využití vláknových mřížek při konstrukci polovodičových laserových zdrojů pro přesnou laserovou interferometrii a spektroskopii" řešeném společně s Ústavem přístrojové techniky, byl řešitelem projektů FRVŠ "Implementace metod pro simulaci vláknových mřížek do výuky" a "Systém pro měření spektrálních vlastností Braggových vláknových mřížek". Byl zapojen do vedení výůky v předmětech bakalářského i magisterského studia BOOK, MIOP. Přínosy jeho práce vidím především v -studiu metod pro simulaci funkce mřížekz pohledu technologických omezení při jejich výrobě -vytvoření programů pro simulace složitých vláknových difrakčních struktur vedl k rozsáhlému matematickému modelu mřížky zahrnujícímu velké množství parametrů (včetně zahrnutí detailních vlivů parazitních jevů disperze a útlumu) -Analýza chování vláknových mřížek a mřížkových polí, pochopení principů provázanosti jednotlivých parametrů, které později využil při implementování metod pro syntézu parametrů složitějších struktur Hlavní a největší přínos celé práce vidím v určení metody pro tvorbu složitých mřížkových struktur (sériové skládání mřížkových úseků s rozdílnými parametry) a ve vývoji algoritmu pro syntézu parametrů struktury s požadovanými průběhy při zadaných omezeních vycházejících z technologie výroby Mám za to že doktorand splnil všechny požadavky na jeho studium i předloženou práci kladené a doporučuji jeho práci k obhajobě.
Ústav přístrojové techniky AV ČR, v. v. i. tel.: +420 541 514 111 e-mail: institute@isibrno.cz Královopolská 147, 612 64 Brno fax: +420 541 514 402 http://www.isibrno.cz Posudek doktorské disertační práce Ing. Radka Helána, „Modelování a optimalizace komplexních vláknových difrakčních struktur“ posudek oponenta Téma doktorské dizertační práce Ing. Radka Helána úzce souviselo s náplní grantového projektu řešeném jeho kolegou Ing. Břetislavem Mikelem, Ph.D., který byl zaměřen na návrh a realizaci optovláknových mřížek a jejich využití pro stabilizaci vlnové délky polovodičových laserů. Je nanejvýš zřejmé, že je to téma velmi aktuální s ohledem na sektor optických telekomunikací, který nyní dominuje v datovém přenosu. S nástupem technik vlnového multiplexu a se snahou zvýšit počet přenášených kanálů ve vlákně rostou nároky na přesnost vlnové délky vysílacích laserů a samozřejmě také na selektivitu přijímačů. Vláknové mřížky představují téměř ideální řešení tohoto problému. Jedná se o pasivní optické prvky se selektivitou překonatelnou jen vysoce jakostními Fabry-Perotovými rezonátory, které ovšem vykazují periodicitu spektra propustnosti (odraznosti). Prvky volné optiky nelze selektivity srovnatelné s vláknovými mřížkami dosáhnout, periodické interferenční filtry jsou realizovatelné nanejvýš na úrovni desítek vrstev a optické monochromátory s mřížkami a štěrbinami by při srovnatelné selektivitě musely nabývat mechanicky nereálných rozměrů. Navíc technika apodizace a chirpování dodává optickým mřížkám další stupně volnosti, jejichž prostřednictvím lze navrhovat struktury i podle předem zvolené křivky optické selektivity, jak autor dizertační práce na svých modelech názorně ukazuje. Dizertační práce Ing. Radka Helána je psána velmi svěžím jazykem, je koncipována přehledně a logicky, zahrnuje všeobecný úvod přiměřené délky a zevrubnosti a vlastní téma je členěno do kapitol systematicky. O velmi dobré orientaci autora v problematice svědčí stať, kde popisuje proces vytváření modelu mřížky. Jsou zde velmi zevrubně a přehledně popsány všechny aspekty procesu. Volba metody MTFS pro modelování mřížek, což je klíčový bod celé práce by si snad zasloužila trochu obsáhlejší komentář. Autor si stanovil jako cíl nejen vytvořit prostředí pro matematické modelování vlastností optovláknových mřížek, ale též navrhnout algoritmus pro syntézu struktury mřížky podle zadaných požadavků. V tomto vidím největší přínos této dizertační práce. Jak bylo řečeno výše, apodizované, případně chirpované mřížky toto umožňují a přijímací systémy sofistikovaných optických telekomunikačních linek mohou být navrhovány pro selekci nejen jednotlivých kanálů, ale i jejich skupin. Zde leží pravděpodobně největší aplikační potenciál metody, kterou Ing. Radek Helán v práci prezentuje. Po grafické a formální stránce lze práci sotva co vytknout, počet gramatických chyb a překlepů je zcela mizivý. Grafická úroveň obrázků je vynikající, zřetelně jsou do textu vloženy ve vektorové grafice, takže neutrpěly nijak změnami rozlišení. Jediné, na co lze upozornit je, že šířka čar v některých grafech je příliš malá a zvláště čárkované linie jsou někdy na hranici viditelnosti. Doktorand Ing. Radek Helán ve své práci prokázal, že zvládl metodiku vědecké práce, prostudoval rozsáhlou literaturu k danému tématu a přispěl svou metodou syntézy optických mřížek významným způsobem k oboru optovláknové techniky. Práce přinesla výsledky, jenž byly prezentovány na četných mezinárodních konferencích. Lze předpokládat, že doktorand Ing. Radek Helán zvládl i prezentaci na mezinárodním fóru v anglickém jazyce. Především však publikoval výsledky své práce v podobě příspěvků v konferenčních sbornících i v časopisecké podobě u nichž je často Ing. Radek Helán prvním autorem. Z výsledků prezentovaných v dizertační práci je, domnívám se, zřejmé, že Ing. Radek Helán dostatečně prokázal odborné kvality a schopnosti požadované pro udělení titulu Ph.D. Dizertační práci považuji za zdařilou a jednoznačně ji doporučuji k obhajobě a taktéž doporučuji udělení titulu Ph.D. Pro obhajobu dizertační práce Ing. Radka Helána bych uvedl následující dotazy: • Metoda syntézy vláknové mřížky na základě spektrálního profilu propustnosti vykazuje pozoruhodně dobrou shodu s vlastnostmi navržené mřížky, která je následně modelována a analyzována. Je možné odhadnout, jaká by byla míra shody vlastností reálně vyrobené mřížky podle takovéhoto návrhu? • Je k dispozici nějaký komerční, nebo jinak dostupný software pro analýzu optovláknových mřížek, pokud ano, jaké metody používá a jaké je jeho srovnání se zde prezentovaným modelem na bázi metody MTFS? V Brně, 9. října 2009 Ing. Josef Lazar, Dr. Ústav přístrojové techniky AVČR
Předložená disertační práce Ing. Radka Helána v oboru Mikroelektronika a technologie se zabývá problematikou, která je velmi užitečná zejména pro optické telekomunikační a senzorové aplikace. K aktuálnosti tématu disertační práce Práce se zabývá důležitou problematikou pro předchozí doktorandovo pracoviště - ÚPT AV ČR, v.v.i., tj. návrhem komplexních vláknových mřížek, vhodných pro telekomunikační i senzorové aplikace. Úzce souvisí s dalšími pracemi ÚPT, směřujícími k studiu, návrhu a konstrukci přeladitelného a přitom úzkopásmového zdroje laserového záření. Tyto oblasti jsou v současné době aktuálním předmětem teoretického i experimentálního výzkumu. Disertační práce představuje moderní přístup k řešení problematiky a lze tudíž konstatovat, že zvolené téma práce je aktuální a žádoucí. Ke splnění cíle práce Cílem práce bylo modelování a optimalizace komplexních vláknových difrakčních struktur z jiného pohledu, než se běžně ve světě používá. Místo přímé simulace na základě zadaných parametrů vláknových mřížek využívá syntézu vstupních parametrů z požadované odezvy mřížkové struktury na základě spektrální odezvy odrazivosti objemové mřížky. Práce vychází z rozsáhlé rešerše současného stavu znalostí o trendech využití různých metod a jejich experimentálního použití v praktických aplikacích. Z náplně disertační práce je zřejmé, že původně stanovené cíle byly velmi uspokojivě splněny. K postupu řešení problému a k výsledkům disertace, konkrétní přínos doktoranda Práce je rozdělena do čtyř významných oddílů, přičemž věcný obsah a postup řešení mají logický sled. Autor po krátkém úvodu, v němž popisuje současný stav problematiky a definuje cíle řešení, seznamuje v 2. kapitole se základními pojmy, týkajícími se různých typů Braggových vláknových mřížek, vlastností, technologie výroby a metod jejich simulace. Další tři kapitoly jsou pak věnovány jádru disertace - tj. vlastnímu studiu problematiky s disertantovým vlastním přínosem k problematice. Třetí kapitola je věnována detailnějšímu popisu modelování vlnovodných difrakčních struktur, jejich jednotlivých členů, sestavení mřížkového pole a programu pro simulaci, který byl vytvořen na základě znalostí vstupních a výstupních parametrů modelu. Dalším krokem, popsaným ve 4. kapitole, je analýza jednotlivých parametrů vláknových mřížek (pro homogenní, apodizované, chirpované mřížky) a výsledných mřížkových polí. Pátá kapitola sumarizuje dosavadní přípěvky a aplikuje navrženou vlastní metodu syntézy parametrů složitých difrakčních vláknových struktur z prvotního určení parametrů, jejich optimalizace pro mřížkového pole a mezimřížkový prostor. Výsledkem potom je výčet parametrů a popis programu pro modelování jednotlivých typů mřížek. Součástí disertace jsou rozsáhlé přílohy s popisem programu pro výběr a optimalizaci jednotlivých prvků difrakčních struktur. Mezi nejvýznamnější výsledky disertace, vystihující konkrétní přínos doktoranda pro vědní obor, považuji: " Na základě studia současné literatury, zabývající se problematikou Braggových rozprostřených mřížek ve vláknových strukturách, bylo provedeno vyhodnocení přístupů řešení optimalizace těchto struktur. Tato studie vedla k závěru, že je třeba použít opačný přístup, tj. syntézu parametrů ze znalosti spektrálních odezev odrazivosti, který by mohl vést k zjednodušení výpočtů - vlastní přínos. " Návrh konstrukce, tj. modelování a optimalizace složitých vláknových difrakčních struktur s požadovaným spektrálním průběhem odrazivosti na základě rozdělení struktur do několika homogenních mřížek s přesně stanovenými parametry a jejich vzájemnou interakcí a korelací - vlastní přínos. Doktorand svou teoretickou i experimentální částí disertační práce i jejím zpracováním dokládá výrazně svou schopnost systematické vědecké práce. Průběžné etapy řešení byly dostatečně prezentovány na mezinárodních i národních vědeckých konferencích. Postrádám trochu publikaci v některém z významných impaktovaných časopisů. K významu pro praxi nebo rozvoji vědního oboru Disertace byla zpracována na bázi dřívějších prací a zkušeností školícího pracoviště, které doktorand výrazným způsobem dále rozvíjí a obohacuje o další rozměr - vhodnou optimalizaci Braggových mřížek. Podíl doktoranda na vědecké činnosti pracoviště naznačuje, že výsledky disertace mohou mít konkrétní význam pro vědní obor v rozšíření a prohloubení poznatků této aktuální problematiky. Svou podstatou je práce aplikovatelná do oblasti praktického využití v telekomunikacích a v senzorové technice. K formální a jazykové stránce práce Pokud jde o formální stránku publikace, je disertační práce vypracována pečlivě. Jednotlivé kapitoly jsou uspořádány v logickém sledu. Seznam použité literatury je reprezentativní. Po jazykové stránce je práce pečlivě zpracována, v textu jsou jen ojedinělé nepodstatné překlepy. Někdy by se hodily spíše české názvy - nevím, co je to coupler. Jako příklad nesprávného používání velkých písmen jsou názvy chemických prvků v textu, které musí být, na rozdíl od značek prvků, psány s malým prvním písmenem. Závěr Předložená disertační práce je výsledkem systematického a cílevědomého teoretického i experimentálního studia doktoranda v oboru složitých difrakčních vláknových struktur. Celá práce je prezentována v didaktickém duchu, přičemž se autor snaží vytvořit celistvý obraz řešené problematiky. Doktorand prokázal schopnost samostatné vědecké práce s vlastním vědeckým přínosem a výsledky této práce publikoval. Výsledky práce odpovídají oboru studia Mikroelektronika a technologie. Současně odpovídají světové úrovni v této oblasti, na níž se Ing. Helán intenzivně a aktivně podílel, a jak je z publikací patrné, jsou významné pro další rozvoj tohoto vědního oboru nejen v České republice. Závěrem mohu konstatovat, že předložená disertační práce věcně i formálně splňuje hlediska obecně uznávaných požadavků na disertační práci. Z tohoto pohledu je práce v souladu s § 47, bod 4 zákona č.111/98 Sb. Proto doporučuji práci Ing. Radka Helána a po úspěšné obhajobě k udělení akademického titulu Ph.D. v oboru Mikroelektronika a technologie. Teze: Teze práce, i když obsahují vše podstatné, odpovídají dosti přesně členění stanovenému směrnicí rektora. Pro publikaci v Edici Ph.D. Thesis by bylo vhodné je trochu zkrátit, provést drobné úpravy a přizpůsobit je uvedené směrnici.
eVSKP id 24569