Přehled nabízených témat dizertačních prací:

Spektroskopická charakterizace optických vláken dopovaných prvky vzácných zemin pro vláknové lasery

Školitel: Ing. Pavel Peterka, Ph.D.

Cílem práce je výzkum nových typů optických vláken dopovanými thuliem, případně thuliem a holmiem. Pozornost bude soustředěna na výzkum procesů přenosu energie mezi prvky vzácných zemin a získání kvantitativních parametrů charakterizujících tyto přenosy energie pro využití v numerických modelech vláknových laserů. Vlákna budou připravována na pracovišti týmu Vláknové lasery a nelineární optika ÚFE nebo získána v rámci spolupráce v Evropské akci COST MP1401 "Advanced fibre laser and coherent source as tools for society, manufacturing and lifescience". Předpokládáme experimentální ověření vybraných aplikací thuliem dopovaných křemenných optických vláken v laserech v okolí vlnových délek 2000 nm.

Studium nestabilních stavů vláknových laserů

Školitel: Ing. Pavel Peterka, Ph.D.

Nestability vláknových laserů jsou nyní aktuálním tématem výzkumu, zejména s ohledem na rostoucí výkony a nové vlnové délky těchto typů laserů a celospolečensky rychle rostoucí význam vláknových laserů. Předmětem práce bude výzkum fyzikálních příčin samovolných pulzací vláknových laserů v různých uspořádáních rezonátoru laseru, např. Fabryova-Perotova a kruhového rezonátoru. Teoretický a experimentální výzkum bude zaměřen na roli nedávno objeveného jevu samovolného rozmítání vlnové délky jako spouštěcího mechanizmu samovolného Q-spínání laseru a na roli stimulovaného Brillouinova rozptylu.
Zásady pro vypracování:

1. Zpracovat podrobnou rešerši literatury o Q-spínaných vláknových laserech.
2. Detailně se seznámit s teoretickými modely optických vláken dopovaných prvky vzácných zemin.
3. Osvojit si práci s vybranými numerickými modely vláknových laserů. 
4. Seznámit se s experimentálními sestavami vláknových laserů a metodami jejich charakterizace. 
5. Provést systematická experimentální měření samovolných pulzních režimů u vybraných konfigurací vláknových laserů (např. Fabryův-Perotův rezonátor, kruhový rezonátor aj.), a vybraným typem dopovaného vlákna (Yb, Er, nebo Tm). 
6. Na základě konfrontace experimentálních dat a teoretických výpočtů se pokusit vysvětlit fyzikální příčiny samovolných pulzací a navrhnout opatření k jejich omezení. 
7. Výsledky publikovat v recenzovaných časopisech.

Thuliem dopované vláknové lasery

Školitel: Ing. Pavel Peterka, Ph.D.

Teoretický a experimentální výzkum nových typů laserů s křemennými optických vlákny dopovanými thuliem, případně thuliem a yterbiem. Sestavení spektrálně, časově a prostorově rozlišeného numerického modelu vlákna. Teoretická optimalizace parametrů thuliem dopovaných optických vláken a dvouplášťových optických vláken dopovaných kromě thulia i yterbiem. Charakterizace vláken připravených v laboratoři optických vláken Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR nebo na spolupracujícím pracovišti na Univerzitě v Nice ve Francii. Spektroskopická charakterizace připravených vláken s použitím teoretického modelu. Experimentální ověření vybraných aplikací thuliem dopovaných křemenných optických vláken v laserech a zesilovačích v pásmech v okolí vlnových délek 800, 1470 nm a 2000 nm.

Ultra-slabá emise fotonů z biologických vzorků

Školitel: Ing. Michal Cifra, PhD.

Ultra-slabá emise fotonů (UPE) z biologických vzorků je univerzální jev v biologických systémech, při němž jako vedlejší produkt oxidativních reakcí dochází k vyzáření světla v optické části spektra. Tato emise má mimořádně nízkou intenzitu, takže je nejen neviditelná pouhým okem, ale je i podstatně slabší oproti ostatním známým bioluminiscenčním jevům. Bakalářské/diplomové/dizertační práce na toto téma budou mít zpravidla následující zaměření:

1. Experimentální studium ultra-slabé emise fotonů (UPE) z biologických vzorků, především buněčných kultur.
2. Vývoj a aplikace metod pro statistickou analýzu naměřených dat.
3. Interpretace výsledků za použití referenčních biochemických a fyzikálních metod.
4. Testování metod měření UPE pro praktické aplikace v medicíně a biochemii.

Téma je vhodné pro studenty širokého spektra oborů od biochemie, přes fyziku, až po elektrotechniku. Konkrétní zadání lze případnému zájemci upravit „na míru.“ Vzhledem k multidisciplinaritě tématu neočekáváme, že zájemce bude mít znalosti ze všech dotčených oblastí, avšak vyžadujeme od něj vysokou míru kompetence v oboru, který zájemce studuje. Předchozí laboratorní praxe není nutností, avšak je vítaná. Zájemce musí být schopen číst a psát anglický text a spolupracovat při řešení úkolů s ostatními členy týmu.

Seznam literatury:

1. M. Cifra and J. Pospíšil: Ultra-weak photon emission from biological samples: Definition, mechanisms, properties, detection and applications. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 2014.
2. G. Reguera: When microbial conversations get physical. Trends in Microbiology, 19(3), 2011, pp 105-113.

Elektrodynamické efekty v biomolekulách

Školitel: Ing. Michal Cifra, PhD.

Naprostá většina bílkovin váže ve své struktuře elektrický náboj, který je nezbytný pro jejich správnou funkci. Mechanické vibrace proteinů a struktur z nich tvořených proto vytvářejí oscilující elektrické pole v jejich blízkosti. Současný výzkum se zaměřuje na výpočetní predikci vlastností tohoto pole a jeho experimentální ověření. Bakalářské/diplomové/dizertační práce na toto téma budou mít zpravidla následující zaměření:

1. Numerické modelování dynamiky biomolekul a elektromagnetických efektů spojených s vysokofrekvenčními pohyby náboje v biomolekulách.
2. Vývoj experimentální techniky a experimentální studium vysokofrekvenčních vlastností biomolekul na základě mikrovlnné spektroskopie a skenující mikroskopie.

Téma je vhodné zejména pro studenty biofyziky nebo jiných fyzikálních a technických oborů. Konkrétní zadání lze případnému zájemci upravit „na míru“ podle jeho studijního zaměření. Předchozí zkušenost s laboratorní prací či molekulárními simulacemi je výhodou, avšak není nezbytná. Zájemce musí být schopen číst a psát anglický text a spolupracovat při řešení úkolů s ostatními členy týmu.

Seznam literatury:

1. D. Havelka, M. Cifra and O. Kučera: Multi-mode electro-mechanical vibrations of a microtubule: In silico demonstration of electric pulse moving along a microtubule. Applied Physics Letters, 104(24), 2014.
2. M. Cifra, J. Z. Fields and A. Farhadi: Electromagnetic cellular interactions. Progress in Biophysics and Molecular Biology, 105(3), 2011, pp. 223-246.