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: 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: Fluorescenční dalekohled pro budoucí pole teleskopu FAST.
Popis: Pole jednopixelových fluorescenčních teleskopů (FAST) je výzkumný a vývojový projekt zaměřený na vývoj cenově dostupných fluorescenčních detektorů, které by mohly v budoucnu nahradit stávající hybridní detektory observatoří pro výzkum kosmického záření jako je např. observatoř Pierre Auger Observatory. Stávající prototypy FAST teleskopů slouží jako koncepce pro budoucí gigantické pole detektorů kosmického záření ultra-vysokých energií (UHECR). Cílem této práce bude analýza dat aktuálních prototypů FAST, optické simulace a optimalizace budoucí obří observatoře.
Školitel: Mgr. Dušan Mandát, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Miroslav Pech, Ph.D., Dr. Toshihiro Fujii
Kontakt: dusan.mandat@jointlab.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: Kosmické záření o nejvyšších energiích
Popis: Observatoř Pierra Augera [1] je největší observatoří detekující kosmického záření na světě. Registruje kosmické částice energií přesahující možnosti jakéhokoli pozemského urychlovače. Observatoř se rozkládá na ploše 3000 km2 argentinské pampy. Úkolem observatoře je proměřit energetické spektrum kosmických částic, stanovit směry, ze kterých přilétají a také odpovědět na otázku jejich chemického složení. Observatoř se také snaží odpovědět na otázku původu částic - zda jsou produkovány v neznámých kosmických urychlovačích nebo v rozpadech hypotetických částic temné hmoty. Observatoř je tak zcela jedinečná a nepostradatelná pro celé pole fyziky kosmického záření. Vzhledem k tomu, že se tato vědecká oblast rychle vyvíjí, a aby bylo možné na uvedené otázky odpovědět, prochází v současné době Observatoř Pierra Augera modernizací nazvanou AugerPrime. Zatímco zeslabení toku částic na nejvyšších energiích (v oblasti energií tzv. GZK limitu) bylo potvrzeno stávající observatoří, a dále byly nalezeny signály ukazující na místa původu těchto částic, otázky ohledně složení kosmického záření na extrémních energiích, přesnější pozice zdrojů na obloze a vlastnosti jejich hadronických interakcí, budou studovány teprve modernizovanou observatoří. Práce se bude zabývat rozvíjením nejnovějších metod fyzikální analýzy na observatoři a možnostmi nových detekčních technik v budoucnosti, například v rámci zjednodušených fluorescenčních teleskopů FAST [2]. [1] A. Aab et all. (The Pierre Auger Collaboration): The Pierre Auger Cosmic Ray Observatory: Nucl. Instrum. Meth. A 798 (2015) 172 - 213. [2] M. Malacari et all.: The first full-scale prototypes of the fluorescence detector array of single-pixel telescopes, Astropart Phys. 119 (2020) 102430(1) - 102430(16).
Školitel: RNDr. Petr Trávníček, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Jiří Kvita, Ph.D.
Kontakt: petr.travnicek@fzu.cz , tel. 266052690
Téma: Optické sestavy pro řešení kvantově informačních úloh
Popis: Téma zahrnuje návrh optických sestav pro pozorování různých kvantových jevů. Následně budou vybrané návrhy experimentálně realizovány na platformě lineární optiky.
Školitel: Mgr. Antonín Černoch, Ph.D.
Kontakt: kancelář 3.22 Tel. 585 63 1549
Téma: Fyzikální vlastnosti multifunkčních tenkých vrstev
Popis: Obsahem tématu je studium vytváření 1D nanostrukturovaných materiálů oxidů kovů pomocí chemických a plazmatických technik. Tyto struktury budou připravovány pomocí hydrotermálních technik a elektrochemické anodizace a následně strukturně modifikovány termálním žíháním. Důležitou součástí bude dekorování těchto 1D struktur pomocí jiných funkčních materiálů prostřednictvím plazmatických a chemických metod. Pozornost bude věnována vztahu mezi fyzikálními a chemickými vlastnostmi vytvářených struktur a podmínkami technologických procesů, stejně tak jako jejich praktickým aplikacím.
Školitel: Mgr. Radim Čtvrtlík, Ph.D.
Kontakt: ctvrtlik@fzu.cz
Téma: Vytváření 1D struktur a jejich dekorování pomocí plazmatických technik
Popis: Obsahem tématu je studium vytváření 1D nanostrukturovaných materiálů oxidů kovů pomocí chemických a plazmatických technik. Tyto struktury budou připravovány pomocí hydrotermálních technik a elektrochemické anodizace a následně strukturně modifikovány termálním žíháním. Důležitou součástí bude dekorování těchto 1D struktur pomocí jiných funkčních materiálů prostřednictvím plazmatických a chemických metod. Pozornost bude věnována vztahu mezi fyzikálními a chemickými vlastnostmi vytvářených struktur a podmínkami technologických procesů, stejně tak jako jejich praktickým aplikacím.
Školitel: prof. Miroslav Hrabovský, DrSc.
Konzultant: Mgr. Radim Čtvrtlík, Ph.D.
Kontakt: ctvrtlik@fzu.cz