ZEMÁNKOVÁ, T. Optická levitace dielektrických objektů v externím elektrickém poli [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2021.

Posudek vedoucího

Svak, Vojtěch

Cílem předložené závěrečné práce bylo rozšíření již existující experimentální sestavy pro optické zachycení mikročástic o modul elektrod, které by umožnily manipulovat se zachycenou částicí také pomocí elektrického pole, a otestovat tento modul v některých experimentech zaměřených na určení vlastností částice. Teoretická část obsahuje stručný přehled hlavních pojmů z oblasti optického chytání, jako je popis laserového svazku, fyzikální princip silového působení světla na hmotu, podmínky stabilního zachycení částice a základní geometrie optických pastí. Teoretická část také diskutuje Langevinovu rovnici, která popisuje pohyb oscilátoru, na který náhodně dopadají molekuly okolního vzduchu. Všechny tyto pojmy jsou relevantní a důležité pro pochopení a interpretaci měření uváděných v experimentální části. Text je řazen logicky, příjemně se čte a netrpí žádnými zásadními věcnými, stylistickými nebo grafickými chybami. V rámci experimentální části se slečna Zemánková podílela na instalaci modulu vychylovacích elektrod, zvládla ovládání experimentální sestavy a osvojila si proces nakládání částic do optické pasti, což jsou úkony časově náročné a uživatelsky velmi nepřívětivé. Prezentovaná měření prováděla autorka zcela samostatně nebo jen pod mírným dohledem vedoucího, velkou část naměřených dat vyhodnocovala pomocí vlastních skriptů naprogramovaných v Pythonu. Montáže modulu a postupy všech měření jsou v práci detailně popsány. Je potřeba vyzdvihnout, že modul elektrod a představené experimentální techniky se dobře osvědčily a budou nadále používány ve výzkumných projektech levitační fotoniky na ÚPT AV ČR. Textu experimentální části bych vytknul možná až zbytečné dělení do malých podkapitol a jejich někdy nešťastné řazení, které znesnadňovalo čtení. Například text kapitoly 2.4 Kalibrace detekce polohy kvadrantní fotodiodou by bylo vhodnější zařadit spolu s obrázkem 2.17 k textu podkapitoly 2.6.2 Výpočet náboje, protože oba úkony využívají možnost vychylování chycené částice stejnosměrným elektrickým polem. Na kvalitě práce také ubírá fakt, že autorka v textu komentuje dosažené výsledky relativně stroze, bez širší diskuse, ačkoli jsou dosažené výsledky velmi dobré a přínosné pro další výzkum. Celkově má závěrečná práce dobrou úroveň, je zpracována přehledně a srozumitelně a vyskytují se v ní jen drobné věcné nepřesnosti. Autorka na zadaném tématu pracovala pilně a intenzivně, v laboratoři prokázala i svou zručnost a trpělivost. Závěrečnou práci proto doporučuji k obhajobě a hodnotím ji stupněm A.

Posudek oponenta

Flajšmanová,, Jana

Předkládaná bakalářská práce Terezy Zemánkové se zaměřuje na implementaci externího elektrického pole do experimentálních aparatur s opticky levitující částicí. Levitační optomechanika je poměrně mladé perspektivní odvětví zabývající se opticky zachycenými částicemi ve vakuu. Jelikož je tak objekt velmi dobře izolován od okolního prostředí a lze pouze opticky ovlivňovat jeho pohyb, je systém atraktivní zejména v oboru kvantové fyziky pro studium vlastností makroskopických objektů v základním kvantovém stavu. Kromě již zmíněné optické manipulace je možné pohyb objektu levitujícího ve vakuu ovlivňovat přiložením elektrického pole, neboť zachycené částice disponují poměrně značným elektrickým nábojem. Výhodou je možnost přesné kontroly elektrické síly působící na částici, a to nezávisle na parametrech optické pasti. Tohoto nástroje se dá využít např. při měření hmotnosti částice či jejího náboje, nebo na tzv. zahřívání pohybu částice při studiu nelineárních stochastických systémů. Studentka se podílela na vytvoření dvou optických sestav, které disponují kromě dvou protiběžných laserových svazků na zachytávání částic i elektrodami pro vytvoření elektrického pole, provedla prvotní měření náboje na částici a také předvedla širokospektrální buzení částice elektrickým polem. Práce je po úvodu do historie optického chytání a stručném představení samotné práce rozdělena do dvou hlavních celků, teoretické části a experimentální části. Členění textu do jednotlivých kapitol a sekcí je přehledné a logické. V první části jsou názorně popsány optické síly a představeny možné geometrie laserových svazků pro optické zachytávání částic. Dále je zde podrobně popsána dynamika zachycené částice, tedy chování tlumeného oscilátoru s případnou budicí silou. Druhá, experimentální část, velmi podrobně čtenáře seznamuje s experimentální aparaturou využitou na měření náboje opticky levitující částice. Všechny optické elementy jsou důkladně popsány a je odůvodněno jejich využití. Po dokumentaci zavedení elektrod do optického systému je představen proces samotného měření. Za využití vysokorychlostní kamery a stejnosměrného elektrického pole je demonstrováno určení náboje na dvou částicích. Pro různé velikosti napětí mezi elektrodami byla naměřena střední hodnota polohy částice a z této závislosti pak bylo možné náboj určit. Následně je velmi stručně představena druhá optická aparatura, taktéž s elektrodami přivedenými k optické pasti. Tato sestava obsahuje DMD element sloužící k prostorovému tvarování svazku, toho však nebylo v předložené práci využito. V druhé sestavě byl pohyb částice širokospektrálně buzen přivedením bílého šumu na řídicí elektrody a byla demonstrována kvadratická závislost variance polohy na budicím napětí. Celkově je práce zdařilá, obsahuje všechny náležitosti a minimum překlepů. Byly splněny stanovené cíle bakalářské práce, jenom měření náboje částice bylo určeno pouze pro jedny parametry systému, takže experimentální podmínky zůstaly neměnné. Je však zřejmé, že na takto komplexní aparatuře není snadné dosáhnout prezentovaných výsledků, a je obdivuhodné, že v rámci bakalářské práce byly dvě takto složité experimentální aparatury postaveny, zprovozněny a bylo možné provést samotné měření. K samotné prezentaci bakalářské práce mám několik připomínek, což ale neznehodnocuje její přínos. Hlavní nedostatek spatřuji ve velmi strohém podložení práce relevantní literaturou. I když v zadání nebyla požadována rešerše tématu, tj. implementace externího elektrického pole do systému s optickou levitací, je to u sestavování aparatury nejenom takto velkého rozsahu žádoucí. Problematika elektrického buzení není vůbec rozvedena a chybí jakékoliv porovnání stávajících přístupů. U dílčích experimentálních kroků také postrádám odkazy na relevantní literaturu, které by např. napověděly, jaké parametry má systém s elektrodami splňovat. Dále je v práci uvedeno, že došlo k novému rozvoji levitační optomechaniky nebo že nebulizér je nejpoužívanější technika, ale tato sdělení nejsou podložena jedinou referencí. Z práce není zřejmé, za jakým účelem byla provedena kalibrace kvadrantní fotodiody, když jsou v prezentovaných datech využívána pouze kalibrovaná měření z vysokorychlostní kamery. Sestava č. 2 je na svou složitost velmi stručně popsána. Bylo by vhodné rozvinout, proč je žádoucí vybudovat novou aparaturu s jiným laserem a novými elektrodami, a více zdůraznit, v čem spočívá implementace DMD elementu. Celkově experimentální část práce neobsahuje dostatečně rozsáhlou diskuzi nad získanými výsledky, malé zmínky se navíc často nachází jen v popiscích obrázků. Vysvětlení pozorovaných jevů a jejich důsledky jsou pro výstup práce důležité a zaslouží si být umístěny v hlavním textu. Z technických nedostatků jinak precizně vypracované práce bych uvedla např. chybné jednotky v popisku obrázku 1.11, chybějící informace o tlaku při měřeních prezentovaných na obrázcích 2.19-2.21 nebo neuvedení získané vlastní frekvence pro výpočet náboje na částici. Často také chybí v textu odkazy na prezentované obrázky, nebo je na ně odkazováno až o několik stran později, např. obrázky 1.3, 1.6, 2.4, 2.5 atd. V souhrnu autorka předkládané práce prezentovala podrobný popis postupu vybudování dvou velmi komplexních aparatur, které poslouží jako výborný základ pro nastávající studium nelineárních stochastických systémů. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji stupněm A.

eVSKP id 132546