diplomová práce

Počítačem generované hologramy

Text práce 1.47 MB Příloha 56.44 kB

Autor práce: Ing. Drahoslav Tvarog

Ak. rok: 2009/2010

Vedoucí: Ing. Libor Kotačka, Ph.D.

Oponent: Ing. Petr Jákl, Ph.D.

Abstrakt:

Práce se pojednává o problematice počítačem generovaných difrakčních struktur, resp. počítačem generovaných hologramů. Vycházíme ze základních principů klasické holografie a v jejich kontextu definujeme syntetickou holografii. Probíráme různé druhy počítačem generovaných hologramů i otázku jejich kvalitativního hodnocení.
V úvodu se věnujeme Fourierově transformaci a jejímu významu pro teorii difrakce a syntetické holografii. Dále se zabýváme některými iteračními algoritmy pro výpočet Fourierovy transformace a metodami kvantizace hodnot fáze.
V druhé části práce stručně popisujeme program IFTAmaster vyvořený pro iterační výpočet Fourierovy transformace vhodný pro konstrukci syntetických hologramů a okračujeme vlastním využitím programu k návrhu počítačem generovaných hologramů v reflexním režimu. Po úvodu do elektronové litografie a jejím využití pro tvorbu počítačem generovaných hologramů ukážeme několik praktických realizací. V závěru se věnujeme rekonstrukci vyrobených počítačem generovaných hologramů a vyhodnocení jejich vlastností.

Klíčová slova:

Holografie, difrakční optický prvek, počítačem generovaný hologram, rychlá Fourierova transformace, iterační algoritmus Fourierovy transformace, elektronová litografie.

Termín obhajoby

16.6.2010

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znakmkaAznamka

Klasifikace

A

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Aplikované vědy v inženýrství (M2A-P)

Studijní obor

Přesná mechanika a optika (M-PMO)

Složení komise

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
doc. RNDr. Josef Kuběna, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Posudek vedoucího
Ing. Libor Kotačka, Ph.D.

Práce pana Tvaroga je uceleným pojednáním o počítačem generovaných syntetických difraktivních strukturách a hologramech (dále CGH) a úzce navazuje na jeho bakalářskou práci. Hlavní přínos diplomové práce je ve shrnujícím pohledu na iterační techniky používané k výpočtu CGH a vytvoření vlastního funkčního programu pro generaci hologramů. Výsledky práce jsou experimentálně ověřeny na několika vzorcích vyrobených pomocí elektronového litografu. Práce je velmi kvalitní a diplomant se svými výsledky pohybuje téměř na současné úrovni stavu poznání. K celkově dobrým výsledkům přispělo i to, že experimenty byly provedeny ve spolupráci s firmou Optaglio, kde pan Tvarog pracuje. Oceňuji velmi přehledně zpracované schéma jednotlivých algoritmů, které jsou v literatuře většinou velmi mlhavě vysvětleny. Student důkladně zvládnul práci s odbornou literaturou a jako nepřímý důkaz toho oceňuji i detailní poznámku o původu známého testovacího obrazce (viz str. 17).
Experimenty jsou řazeny a vybrány velmi metodologicky - od jednoduchých k nejtěžším - a například obdélníkové struktury v kapitole 8.6 jsou v literatuře pro svou komplexnost a složitost často počítány pro jednodušší případy. Závěrečný experiment přesahuje původně plánovaný rozsah práce. Naneštěstí se nepovedly naexponovat kvalitní tzv. blejzové mřížky, což ovšem nebylo v možnostech pana Tvaroga v rámci několika málo možných expozic ovlivnit.
Ke škodě jinak velmi dobré práce jsou poněkud kostrbaté formulace a občasné překlepy v úvodních pasážích, za které zmiňuji výraz "xxx" ve druhém řádku na straně 11 a poněkud nešťastné jsou formulace na začátku kapitoly 3. To vzhledem k celkově solidní kvalitě hlavního těla práce chápu jako odpustitelné lokální zakolísání pana Tvaroga, ovšem snižuji v tomto bodě hodnocení. Od konce této kapitoly je potom práce téměř bez chyb. Pan Tvarog je však občas až zbytečně stručný, protože pojednání tohoto typu by zasloužilo více komentárů a shrnutí za každou kapitolou. Pro člověka oboru neznalého jsou pak některé statě složité na důkladné pochopení. Práce ještě mohla být doplněna ukázkami simulovaných výsledků difrakčních obrazců.
Student pracoval pečlivě po celou dobu, věnoval se jak teoretickým úvahám, vlastnímu programovaní a experimentům. Výsledky diplomové práce tak jasně ukazují, že pan Tvarog je schopen kvalitní inženýrské práce. Stejně tak výsledky jeho práce najdou, resp. v jeho případě již nacházejí, uplatnění v praxi. Stručné závěry některých kapitol by mohly prodat jeho talent více, to však považuji spíše jako radu do života, než výtku v hodnocení.
Hlavní body hodnocení jsou A, tedy i přes naprosto zbytečná zakolísání v úvodu diplomové práce hodnotím práci jako výbornou.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
Ing. Petr Jákl, Ph.D.

    Diplomová práce pana Drahoslava Tvaroga je logicky a přehledně uspořádaným dílem o syntetické holografii. Po krátkém úvodu následuje kapitola popisující záznam a rekonstrukci hologramu klasickou holografií. Ve třetí kapitole je popsána tvorba počítačem generovaných holografických struktur amplitudového, fázového a hybridního typu, včetně popisu parametrů sloužících k vyhodnocení těchto hologramů. V kapitole 4 jsou krátce popsány algoritmy diskrétní Fourierovy transformace a FFT. Pátá kapitola je nejrozsáhlejším oddílem diplomové práce a diplomant v ní podává ucelený přehled iteračních metod pro výpočet syntetických hologramů. Další tři kapitoly se již týkají praktické realizace řešení - v kapitole 6 je popsána funkce programu IFTAmaster, v kapitole 7 je vysvětlená funkce elektronového litografu BS600 a omezení této technologie tvorby syntetických hologramů. Kapitola 8 je věnována testování hologramů vypočítaných programem IFTAmaster a zhotovených elektronovou litografií. V závěrečné kapitole je shrnutí výsledků celé práce.
    Grafická úprava je na vysoké úrovni, v některých obrázcích je však zbytečně použito nízké rozlišení, což zhoršuje čitelnost popisků. Zejména v prvních třech kapitolách je zvýšené množství překlepů a neobratných formulací (např. již první věta diplomové práce začíná "Práce se pojednává", na straně 11 zřejmě vypadl kousek věty a zůstala pracovní verze "xxx" určená pro pozdější doplnění, na straně 32 je část věty anglicky).
    Diplomant nastudoval klíčové česky i anglicky psané publikace týkající se dané problematiky a  pokryl citacemi zdroje, ze kterých práce vychází. Samotné provedení citací je však nepřehledné, protože seznam literatury není seřazen podle místa výskytu (např. první citace má číslo 19).
    Až na výše zmíněné formální nedostatky je diplomová práce na vynikající úrovni. Jednotlivé kapitoly na sebe logicky navazují a rozsah práce je plně dostačující pro pokrytí teoretické i experimentální části. Velmi pěkně je zpracovaná kapitola 5, ve které jsou pomocí vizuálně velmi povedených vývojových diagramů popsány iterační metody tvorby syntetických diagramů a kontroly ukončení iterace. Rovněž kontrola funkčnosti výpočetních algoritmů prostřednictvím rekonstrukce syntetických hologramů vyrobených elektronovou litografií je na vysoké úrovni. Mezi příklady vypočítaných hologramů najdeme jak struktury s praktickým využitím ve vědě i průmyslu (dělič a tvarovač svazku), tak komplikovanější vzory určené spíše pro charakterizaci aparatury (reprodukovatelnost vysokých a nízkých prostorových frekvencí či rekonstrukce portrétu).
    Diplomant splnil zadání diplomové práce v plném rozsahu a celkově hodnotím práci výborně/A a doporučuji k obhajobě.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací B

Známka navržená oponentem: A