SŰSSEROVÁ, M. Analýza přechodového děje při pohybu opticky zachycené částice v pod-tlumeném režimu [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2018.
Zadání práce bylo vytvořeno ve spolupráci s UPV AV. Studentka se mnou práci během celého semestru ani jednou nekonzultovala a nekonzultovala ani finální podobu práce. K posudku tak připojuji především vyjádření externího konzultanta, pod kterým byla práce vedena na UPV, Mgr. Martina Šilera, Ph.D.:" Bakalářská práce slečny Martiny Sűsserové s názvem „Analýza přechodového děje při pohybu opticky zachycené částice v podtlumeném režimu“ se zabývá vyhodnocením chování částice zachycené v tzv. optické pinzetě za nízkého tlaku, kdy se tato částice díky kolizím s molekulami okolního plynu chová jako „Brownovský oscilátor.“ Cílem práce bylo pro analyzovat chování přechodového děje, kdy částice se částice na počátku nachází ve stavu se zadanými počátečními podmínkami a poté je sledován vývoj její trajektorie. K odstranění vlivu náhodného pohybu se použije průměrování přes ansámbl trajektorií a získané průměrné trajektorie a rychlosti se vyhodnotí jako by se jednalo o tlumený oscilátor. Pro vizualizaci tohoto děje je vhodné použít fázové digramy (taktéž známé jako fázové portréty). Samotnou práci je možné rozdělit na 2 části: teoretický úvod do problematiky a praktickou část, kde dochází k analýze simulovaných dat. V kapitole 2 autorka popisuje principy fungování laseru a velmi krátce zmiňuje optickou pinzetu. Zde by bylo vhodné obrátit poměr informací ve prospěch optické pinzety, neboť je pro samotnou práci výrazně důležitější. V části o principu laserů měl být alespoň lépe zmíněn princip a funkčnost tří – a čtyř-hladinového laseru. Ve třetí kapitole je popsán náhodný pohyb částice a jsou popsány metody, jak jej využít pro získání parametrů optické pasti. Bohužel se tato část (sekce 3.2) zabývá pouze analýzou pohybu částice v tzv. přetlumeném režimu, tj. v případě, kdy je mikročástice zachycena ve vodě nebo podobném prostředí. Pro podstatu práce je však nezbytný podtlumený režim, kdy částice díky setrvačnosti osciluje kolem středu optické pasti. Většina obrázků v této části byla převzata z jiných zdrojů (reference [1]), avšak tato skutečnost není v popisku obrázků uvedena. Praktická část v kapitole 4 se na 13 stranách zabývá vlastním obsahem práce, tj. konstrukcí fázových diagramů, průměrných trajektorií, jejich analýzou, a to vše na datech získaných pomocí simulace náhodného pohybu. Bohužel si studentka špatně vyložila pojem počáteční podmínky a předpokládala, že se jedná o hodnoty parametrů systému jako teplota, tlak či délka simulace. Ve skutečnosti se jedná o počáteční podmínky v základním smyslu klasické mechaniky, tj. počáteční polohu a rychlost částice. Simulační kód, který byl studentce poskytnut konzultantem, v základním nastavení předpokládá náhodné normální rozložení počátečních bodů kolem střední hodnoty. Pro zisk přechodového děje pak studentka zjevně průměrovala trajektorie s různými počátečními podmínkami. Správný postup, který pak bude aplikovatelný i na experimentální data, měl spočívat v postupném průchodu trajektorie až se podaří nalézt její průchod infinitesimálním elementem ve fázovém prostoru poloha-rychlost, který definuje počáteční podmínky. Tento bod pak představuje čas 0 a část trajektorie, která odpovídá záporným časům, je nutné nebrat v potaz. Toto nevhodné použití průměrování pak může také odůvodnit např. odlišné hodnoty koeficientu tlumení pro různé délky simulace, které jsou uvedeny v tabulce 2. Další problematické body zahrnují - není jasné jakým způsobem se počítala rychlost - chybí hodnoty parametrů systému, pro které byla simulovaná data získána. Jedná se především o teplotu, tlak, hustotu a potažmo hmotnost částice, délku časového kroku. - pro jaký potenciál byla simulace provedena? Jednalo se o nejjednodušší harmonický potenciál s konstantní tuhostí optické pasti (jaká byla její hodnota) nebo byl potenciál částečně nelineární Duffingova typu? Sledování přechodových dějů je jednou z možností, jak právě tuto nelinearitu v systému zkoumat. - kompletně chybí popisky os obrázků. Tím, že se autorka snažila do obrázků vložit kompletní data naopak potlačila vypovídající jejich vypovídající hodnotu. - v obrázcích by měl být zobrazen výřez trajektorie, který ukáže existenci oscilací. I když jsou patrné ve fázových diagramech bylo by zajímavé je vidět i na záznamu trajektorie. Celá práce nese znaky uspěchanosti a nedostatečného času na dokončení. To může souviset i s tím, že zatímco se první konzultace k práci konala při zadání práce tak následující konzultace nastala až 2 týdny před termínem odevzdáním práce. V práci se vyskytuje poměrně dost překlepů, občas za větou chybí tečka nebo se vyskytují tečky dvě, rovnice nejsou číslované, na některé obrázky nejsou odkazy v textu a podobně. Reference [1] představuje recenzi knihy, a nikoliv knihu samotnou, reference [2] byla vydána v roce 1901 a nikoliv 2017. Výsledek bakalářské práce tedy nesplnil očekávání a způsob splnění jednotlivých bodů bakalářské práce byl založen na špatném postupu. Protože nebyly uvedeny parametry systému nebylo možné provést srovnání získaných výsledků s teoretickými předpověďmi, stejně tak nebylo provedeno srovnání s jinými metodami analýzy vlastností optické pasti. Předloženou bakalářskou práci je tedy bohužel nutné ohodnotit stupněm F/30 bodů." Se závěry externího konzultanta plně souhlasím včetně závěrečného hodnocení.
Studentka vypracovala bakalářskou práci na téma Analýza přechodového děje při pohybu opticky zachycené částice v pod-tlumeném režimu. Teoretická část práce je rozdělena na dvě kapitoly. V první části se autorka věnuje popisu optického zachycování, kde převážná část textu je zaměřena na přechody mezi energiovými hladinami v atomech a vlastnosti laseru, avšak samotnému optickému zachycování, které je pro práci relevantnější, je věnován pouze krátký odstavec. Druhá teoretická část, zabývající se Brownovým pohybem, popisuje matematické modely pohybu částice a metody analýzy tohoto pohybu, konkrétně histogram, střední rozložení polohy, autokorelace, vzájemná korelace a spektrální hustotu energie. Tyto čtyři metody jsou běžně užívané pro zpracování pohybu částice v optické pasti, ale autorka ve své praktické části nevyužila ani jednu. V praktické části jsou vyobrazeny příklady trajektorie částice a fázového diagramu v přechodovém i stacionárním stavu. Hodnoty byly vygenerovány pro různě velké částice a s různou časovou délkou simulace. Poté z průměrných trajektorií byly odhadnuty vybrané parametry oscilátoru, a to vlastní frekvence a koeficient tlumení. Po formální stránce práce nesplňuje očekávání. Obsahuje plno nevhodných formulací a překlepů, např. „schopnost světla působit sílu na hmotu“, „vyjádřen Stokovým zákonem“, „skreslení“, „Bohužel tato část ve finální části práce nemohla být dostatečně zakomponována do výsledného dokumentu z většího počtu důvodů, které jednoduše nemohou posloužit jako odůvodnění, a proto tu nebudou zbytečně vypsány.“. V některých kapitolách chybí číslování rovnic. Citace nesplňují normu, odlišují se formátováním a obsahují faktické chyby, např. reference [1] odkazuje na recenzi knihy, avšak je zřejmé, že autorka čerpala ze samotné knihy, v referenci [2] je chybně uveden rok vydání a v referenci [11] chybí jméno autora. V hlavním textu práce by bylo dobré se více opírat o literaturu, není vždy jasné, odkud autorka čerpala. Největší nedostatek je u obrázků v teoretické části práce, kde téměř všechny byly převzaty z knihy zmiňované v referenci [1], ale v práci není odkaz na literaturu v popisu obrázku zmíněn (vyjma Obrázku 20). V praktické části, kde obrázky autorka generovala sama, je grafická úroveň velmi podprůměrná. Ani jeden graf neobsahuje popisy os, takže čtenář se může jen domnívat, jaké veličiny graf znázorňuje a v jakých jednotkách jsou uvedeny. Číselné popisy os jsou někdy velmi malé a nelze je přečíst. Obsah grafů také není vždy šťastně zvolen, např. na Obrázku 14 je vykresleno 100 trajektorií a ani v elektronické verzi nemá čtenář možnost cokoliv rozeznat, protože obrázky jsou v malém rozlišení. Obrázky v příloze jsou také v nízké kvalitě a obsahují stejné nedostatky, vhodnější by bylo ze všech obrázků vytvořit soubor, který by obsahoval popis včetně parametrů. Příloha obsahuje kromě obrázků také funkce obdržené a vytvořené v jazyku Matlab, dle kterých byla simulována data získána. Kromě obdrženého programu na vygenerování trajektorií částice nejsou skripty téměř vůbec popsány a v textu chybí alespoň základní informace o parametrech a metodách použitých při výpočtech. Za zmínku by stála například metoda pro simulování trajektorií nebo popis, jakým způsobem byla získána rychlost ze simulovaných trajektorií. Za důležitý parametr také považuji osu, pro kterou se všechna data generovala a dále zpracovávala, jelikož pro každou osu by trajektorie vypadaly jinak. Celkové zpracování tématu a daných úkolů není dostačující. V teoretické části se studentka zabývá popisem chování koule v kapalině, kdežto práce má být zaměřena na chování částice v pod-tlumeném režimu, tedy ve vzduchu za sníženého tlaku. Proto je např. Langevinova rovnice (3.1) pro přetlumený oscilátor nerelevantní. V praktické části měly být voleny různé počáteční podmínky při simulacích, kde se autorka ne zcela vhodně zaměřila na velikost částice a dobu simulace, mnohem zajímavějšími parametry mohly být okolní tlak a počáteční výchylka nebo rychlost částice. Není proto zcela jasné, proč na Obrázku 17 mají simulované trajektorie o různých časových délkách rozdílné počáteční amplitudy, když by se dle přiloženého popisu měly lišit pouze simulovanou dobou pohybu. Stejně tak není v textu nikde vysvětleno, proč by měla délka simulace ovlivnit časový průběh oscilací částice, jak uvádí Tabulka 01. Jedná se spíše o špatné vyhodnocení dat, např. pro částici o velikosti 150 nm (V celé práci jsou chybně uváděny mikrometry místo nanometrů.) a dobu simulace 0,07 s je přechodový jev ještě pozorovatelný, akorát je krátký a na obrázcích s nízkým rozlišením ho nelze dobře identifikovat. Určení koeficientu útlumu na jednu platnou v číslici v Tabulce 02 není dostatečné a navíc zde stejně jako u tabulky s vlastní frekvencí chybí jednotky. Získaná data jsou navíc nevhodně interpretována, jelikož pro stejné počáteční podmínky by tlumení a frekvence měly být totožné, a to i pro různé délky simulací. Proto grafy, kde autorka vynáší závislost koeficientu tlumení na vlastní frekvenci částice určité velikosti, považuji za nesmyslné. Sekce 4.2 je věnována frekvenční filtraci, kde je zmíněn nejvhodnější filtr, avšak bez jediného vysvětlení a popisu. Je zde také vyobrazena trajektorie filtrovaného signálu, ale informace o parametrech filtrace chybí stejně jako srovnání s nefiltrovaným signálem. Navíc celá práce neobsahuje ani jedno frekvenční spektrum simulovaného pohybu částice, které je pro vyhodnocování dat zásadní. V závěru práce chybí komentář k dosaženým výsledkům a alespoň krátká zmínka, co z nich vyplývá. Na poslední straně předkládané práce je sekce Seznam symbolů, veličin a zkratek, avšak jsou zde vypsány pouze zkratky, použité veličiny a symboly chybí. I když je zadání práce velmi zajímavé a nabízí rozličné možnosti zpracování, studentka se tomuto tématu věnovala jen velmi stroze, výsledky byly chybně interpretovány a vypracování nebylo pro úroveň bakalářské práce dostatečné. Kvůli výše zmíněným připomínkám hodnotím práci jako nedostatečnou F / 25 bodů.
eVSKP id 110531