Doktorské studium

Společná laboratoř optiky spolugarantuje doktorské studijní programy Aplikovaná fyzika a Nanotechnologie.

Doktorský program Aplikovaná fyzika

Charakteristika oboru

Výzkumně zaměřený doktorský studijní program Aplikovaná fyzika se zaměřuje na fyziku materiálů, aplikovanou kvantovou a nelineární optiku, částicovou fyziku a astrofyziku, jaderné spektroskopické metody, optické technologie a modelování a simulace v těchto oblastech fyziky. Oblast fyziky materiálů zahrnuje zejména fyzikální metody přípravy materiálů a studium fyzikálních vlastností materiálů. Jsou studovány optické a mechanické vlastnosti materiálů, vrstevnatých struktur povrchů a rozhraní. V oblasti kvantové a nelineární optiky jsou studovány metody generace a detekce neklasických stavů světla, aplikace kvantových korelací a kvantové provázanosti v oblastech metrologie, zobrazování a kvantového zpracování informace. Speciální pozornost je věnována procesu sestupné frekvenční konverze a studiu vlastností slabých i silných optických polí tvořených fotonovými páry. V oblasti částicové fyziky a astrofyziky je doktorský program orientován na studium produkce a vlastností těžkých částic, zejména top kvarku, v experimentu ATLAS v laboratoři CERN. Dále je pozornost věnována tzv. dopředné fyzice elastických či difrakčních protonů s poddetektory ALFA a AFP, na jejichž provozu, simulaci ale i vývoji se garantující pracoviště důležitou měrou podílí. V oblasti astrofyziky je doktorský program orientován na studium zejména kosmického záření a stavbu experimentálních komponent a zařízení pro astrofyzikální observatoře a mezinárodní spolupráci na prestižních projektech v oboru. Probíhají fyzikální analýzy s využitím dat z těchto detektorů. Současně pracoviště nabízí astročásticová témata spojená s mezinárodními experimenty Pierre Auger Observatory a Cherenkov Telescope Array ve spolupráci s FZÚ AVČR. V oblasti jaderných spektroskopických metod se studium zaměřuje zejména na Mössbauerovu spektroskopii, kde je řešena problematika detekce záření gama a řízení pohybového ústrojí. Kromě toho se studium v této oblasti zaměřuje na speciální metody, jako je spektroskopie konverzních elektronů nebo jaderný dopředný rozptyl synchrotronového záření. Pozornost je věnována i metodám in-situ studia vlastností materiálů pomocí vybraných jaderných spektroskopických metod. V rámci této oblasti jsou vyvíjena i nová měřicí zařízení a software pro vyhodnocení dat. V oblasti optických technologií se studium věnuje různým optickým metodám pro bezkontaktní 3D topografii, jako jsou optické topografické metody, interferometrické metody a metody založené na koherenční zrnitosti. Pozornost je věnována i modelování a simulacím fyzikálních procesů v uvedených oblastech fyziky. Mj. jsou také modelovány kvantové procesy v nelineárních prostředích včetně moderních fotonických struktur.

Profil absolventa

Absolvent doktorského studia Aplikovaná fyzika má hluboké teoretické znalosti a experimentální zkušenosti v oblasti dané zaměřením jeho disertační práce. Zároveň také získává široké znalosti a dovednosti obecně z aplikované fyziky. Je schopen samostatně vědecky pracovat, navrhovat fyzikální experimenty, zpracovávat a vyhodnocovat naměřená data, psát výzkumné zprávy a odborné publikace. Absolvent umí k vyhodnocení a prezentaci naměřených dat využívat moderní software. Je také schopen řešit komplexní praktické úlohy s fyzikální tematikou včetně navrhování experimentálních sestav a uspořádání. Je schopen vytvářet, analyzovat a interpretovat odpovídající teoretické modely. 

Podmínky k přijetí ke studiu

Studenti jsou přijímáni ke studiu 3-člennou komisí jmenovanou děkanem a to na základě přijímacího řízení. Budoucí školitel uchazeče je přizván k tomuto řízení.  Uchazeč musí být absolventem navazujícího studia oboru fyzika nebo oboru příbuzného, který garantuje odpovídající znalosti potřebné pro absolvování doktorského studia Aplikované fyziky. Přijímací řízení probíhá formou pohovoru, jehož cílem je zjistit úroveň znalostí uchazeče a jeho zaměření. O přijetí uchazeče rozhoduje děkan na základě stanoviska komise. Ke studiu se lze přihlásit prostřednictvím elektronické přihlášky.

Studijní plány

Student absolvuje povinný předmět Anglický jazyk pro doktorské studium a stáž na externím pracovišti trvající nejméně jeden měsíc. Student si zvolí nejméně 3 povinně volitelné předměty, z nichž alespoň 2 musí tematicky odpovídat zadání jeho disertace. Z těchto předmětů student složí dílčí zkoušky a znalosti z předmětů tematicky odpovídajícími zadání jeho disertace jsou prověřeny u státní závěrečné zkoušky a obhajoby jeho disertace. Další povinně volitelné předměty jsou svázány s publikační činností studenta, jeho pedagogickou praxí, projektovou činností a dalšími vhodnými souvisejícími aktivitami.

Povinně volitelné předměty rozdělené do 4 oblastí podle zaměření disertační práce:

Fyzika materiálů a metody jejich studia

  1. Jaderné rezonanční metody studia materiálů
  2. Difrakční a fluorescenční metody studia materiálů
  3. Moderní mikroskopické metody
  4. Fyzika kondenzované fáze
  5. Optické vlastnosti materiálů
  6. Fyzika povrchů
  7. Technologie a charakterizace tenkých vrstev a povrchů
  8. Nízkoteplotní plazma
  9. Teorie signálů a informace
  10. Virtuální instrumentace

Optické měřící metody a jejich aplikace

  1. Pokročilé partie klasické optiky
  2. Moderní optické metody v metrologii
  3. Moderní optické zobrazovací systémy
  4. Lasery a jejich aplikace
  5. Modelování a zpracování obrazových signálů ve fyzice

Kvantová a nelineární optika

  1. Nelineární optika
  2. Kvantová optika
  3. Detekce světla
  4. Kvantové zpracování informace a kvantová komunikace.

Částicová fyzika a astrofyzika

  1. Standardní model mikrosvěta: částice a interakce
  2. Relativistická kvantová teorie a kvantová teorie pole
  3. Difrakce v částicové fyzice
  4. Astročásticová fyzika a kosmologie

Nabídka témat disertace školitelů ze SLO

Téma: Simulace prototypu neutrinového experimentu Water Cherenkov Test Experiment
Popis: Experiment WCTE (Water Cherenkov Test Experiment) je připravovaným a laboratoří CERN schváleným neutrinovým experimentem na svazku sekundárních částic v laboratoři CERN. Jeho účelem bude prověřit technologie pro budovaný experiment Hyper-Kamiokande a změřit některé účinné průřezy částic jako jsou piony při průchodu látkou. Student bude mít možnost zapojit se aktivně buď do existujících simulací experimentu WCTE WCSim či Ghost, založených na nástroji NEUT či Geant4; a rekonstrukčních nástrojů konvenčních, či založených na AI: WatChMaL, fitQun; popř. nabírání a analýzy dat experimentu WCTE v roce 2024; a/nebo si vytvořit vlastní simulaci řetězce scintilačních a aerogel-Čerenkovských detektorů z experimentálních uspořádání z měření na testovacím svazku z roku 2023 či v konfiguraci pro monitoring svazku pro rok 2024. Seznámí se s nástroji pro analýzu dat ve fyzice vysokých energií na malé verzi detektoru (do 50t) pro budoucí neutrinové observatoře.
Školitel: Mgr. Jiří Kvita, Ph.D.
Kontakt: kancelář 2.17 tel. 585 63 1585
Téma: Analýza dat z neutrinového experimentu Water Cherenkov Test Experiment
Popis: Experiment WCTE (Water Cherenkov Test Experiment) je připravovaným a laboratoří CERN schváleným neutrinovým experimentem na svazku sekundárních částic v laboratoři CERN. Jeho účelem bude prověřit technologie pro budovaný experiment Hyper-Kamiokande a změřit některé účinné průřezy částic jako jsou piony při průchodu látkou. Dosavadní test beam kampaně se zaměřovaly na monitoring složení svazku pomocí aerogelových Cherenkovských detektorů a time-of-flight scintilačních detektorů, s využitím fotonásobičů a digitálního vyčítání a následného zpracování dat. Student bude mít možnost zapojit se aktivně do analýzy stávajících dat či do aktuálních experimentů monitoringu složení svazku (elektrony, miony, piony, protony) popř. do samotného nabírání dat experimentem WCTE v roce 2024. Seznámí se s nástroji pro analýzu dat ve fyzice vysokých energií, a to na stolním experimentálním setupu či přímo na malé verzi detektoru (do 50t) pro budoucí neutrinové observatoře.
Školitel: Mgr. Jiří Kvita, Ph.D.
Kontakt: kancelář 2.17 tel. 585 63 1585
Téma: Optické detekční systémy kosmického záření – vybrané problémy 
Popis: Obsahem tématu je studium současných optických detektorů kosmického záření, zapojení se do některého z aktuálních mezinárodních vědeckých projektů výzkumu kosmického záření a účast na výzkumu nových konkrétních typů optických detektorů kosmického záření, včetně účasti na vědecké práci příslušné mezinárodní kolaborace.
Školitel: prof. RNDr. Miroslav Hrabovský, DrSc.
Kontakt: kancelář 2.11 tel. 585 63 1501
Téma: Analýza vlastností parametrické sestupné konverze
Popis: Modelování a experiment procesu spontánní parametrické sestupné konverze, měření korelací technikami čítání fotonů i na klasické úrovni.
Školitel: doc. RNDr. Ondřej Haderka, Ph.D. / prof. RNDr. Jan Peřina, Ph.D.
Kontakt: kancelář 2.47/3.21 tel. 585 63 1511/1509
Téma: Fotopulzní statistiky v nelineárních optických procesech a jejich měření
Popis: Budou studovány teoretické modely fotopulzních statistik v různých nelineárních optických procesech. Důraz bude kladen na optické parametrické procesy. Vlastnosti polí budou diskutovány s ohledem na experiment.
Školitel: prof. RNDr. Jan Peřina, Ph.D.
Kontakt: kancelář 3.21 tel. 585 63 1509
Téma: Generace fotonových párů v metalodielektrických fotonických strukturách 
Popis: Budou studovány vlastnosti fotonových párů v metalodielektrických tenkých vrstvách, zejména spektrální a časové charakteristiky a kvantové korelace fotonů v páru. Zvláštní pozornost bude věnována intenzivní generaci párů v kovových vrstvách.
Školitel: prof. RNDr. Jan Peřina, Ph.D.
Kontakt: kancelář 3.21 tel. 585 63 1509
Téma: Charakterizace parametrických procesů v nelineárních periodicky pólovaných prostředích
Popis: Prostorové vlastnosti svazků. Studium účinnosti různých procesů. Optimalizace generace sestupné frekvenční konverze.
Školitel: doc. RNDr. Jan Soubusta, Ph.D.
Kontakt: kancelář 3.23 tel. 585 63 1577
Téma: Kvantová informatika s korelovanými páry fotonů
Popis: Příprava, zpracování a detekce speciálních stavů světla na jednofotonové úrovni. V experimentech se využívá interference druhého a čtvrtého řádu.
Školitel: doc. RNDr. Jan Soubusta, Ph.D.
Kontakt: kancelář 3.23 tel. 585 63 1577
Téma: Studium moderních materiálů pomocí optických spektroskopických metod
Popis: Měření absorpčních, fluorescenčních a časově-rozlišených fluorescenčních spekter uhlíkových, kovových a oxidokovových nanostruktur. Vývoj příslušných metod.
Školitel: doc. RNDr. Jan Soubusta, Ph.D.
Kontakt: kancelář 2.47/3.23 tel. 585 63 1511/1577
Téma: Analýza kosmického záření gama v experimentu CTA
Popis: Observatoř Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO častěji CTA) bude nejrozlehlejším a technologicky nejpokročilejším pozemním zařízením pro detekci vysokoenergetických gama fotonů přicházejích z kosmického prostoru. CTA se bude nacházet na dvou lokalitách na severní a jižní polokouli. Každá z lokalit bude vybavena třemi typy teleskopů citlivými měřícími v různých oborech energií. Ve výsledku bude experiment pokrývat energetické rozmezí příchozích gama fotonů 20 GeV – 100 TeV. Fyzikální princip měření je založen na detekci Čerenkovova záření v teleskopech, které je generováno nabitými částicemi s rychlostí vyšší než je rychlost šíření světla v daném prostředí, v našem případě v atmosféře. Nabité částice vznikají v kaskádě interakcí na jejímž počátku je primární interakce příchozího gama fotonu s atmosférou. Cílem práce bude vývoj algoritmů a interpretace naměřených dat. Primárním úkolem experimentu je měření energetického spektra a zaměření zdrojů gama fotonů.
Školitel: RNDr. Karel Černý, Ph.D.
Kontakt: karel.cerny@upol.cz
Téma: Poškozovaní materiálů způsobené nanosekundovými shluky částic
Popis: Experimenty zaměřené na laserem buzené urychlování částic jsou zdrojem vysoce intenzivních shluků částic o nanosekundových délkách. Tématem práce je studium mechanizmů poškození v materiálech při interakci s takto krátce trvajícími shluky částic.
Školitel: prof. Jan Řídký, DrSc.
Kontakt: ridky@fzu.cz
Téma: Exkluzivní procesy jako cesta k Nové Fyzice
Popis: Standardní model je nesmírně úspěšný v popisu interakcí elementárních částic, nicméně jsou oblasti, které vysvětlit nedokáže, což nazýváme Novou fyzikou. Signály Nové Fyziky se vyskytují i v tzv. exkluzivních procesech. Ty nastávají zřídka, nicméně pozadí k nim je dobře prozkoumáno. Student se seznámí s dopřednou a difrakční fyzikou ve velkých experimentech na velkých urychlovačích částic a s detekčními technikami a generací umělých (Monte Carlo) případů. Student se bude věnovat zpracování realných dat experimentu ATLAS v CERN a fenomenologickým studiím. Důraz na tu, či onu oblast se určí po dohodě se školitelem. Předpokládají se pobyty v CERN.
Školitel: Mgr. Marek Taševský, PhD. DSc.
Konzultant: RNDr. Karel Černý, PhD.
Kontakt: tasevsky@fzu.cz, 266 05 2668