15. listopadu 2018 Blahoslav Rataj

Bakalářská práce

Mé nadšení pro fyziku a zároveň má povaha perfekcionisty má své světlé i stinné stránky. To se projevuje i nyní, kdy pracuji na svém bakalářském projektu. Na začátku akademického roku jsem si řekl, že by bylo dobré završit studia na Imperial College prací na zajímavé téma. Bakalářská práce se mi jevila jako skvělá příležitost rozšířit své vědomosti a získat více praktických zkušeností s prací v laboratoři. Hned od začátku ovšem nešlo vše podle plánu, což je v životě fyzika poměrně častý jev. Na naší katedře se říká, že fyzik tráví většinu svého času v laboratoři prací, která k ničemu nevede, a nakonec, když se k němu obrátí trochu štěstí, naměří najednou během krátkého času dobrá data. Já jsem se ani nedostal do laboratoře a už jsem narazil na problém. Nemohl jsem nalézt žádného spolupracovníka pro projekt svého zájmu, a to zkoumání dynamiky laserové filamentace u nás na univerzitě v Blackett Laboratory. Tolik jsem o ten projekt usiloval, že mi nakonec pan profesor, zadavatel projektu, dovolil zahájit práci samostatně.

Plný energie jsem se pustil do projektu. Prvním překvapením pro mě bylo zjištění, jak rozdílně se mi jeví práce v kanceláři na univerzitě, a jak ve velké soukromé společnosti. Začíná to tím, že většina akademického personálu je často někde na cestách, a tudíž je složité vůbec se s někým z okolí domluvit. Zároveň jsou kanceláře u nás na univerzitě velmi skromné, plné různých součástí do laserů chaoticky odložených včetně dalších nejrůznějších, ale často zajímavých předmětů. Nejprve jsem se snažil držet stanoveného rozpisu úkolů. Jak jsem však zjistil, nezbyde mi nic jiného, než akceptovat trochu toho chaosu a obrnit se trpělivostí. Projekt byl navržen tak, aby nejprve proběhla simulace na počítači s předem definovanými parametry pulsu. Na základě této simulace by měl vzniknout teoretický model vedoucí k formulaci nulové hypotézy. V neposlední řadě se má projekt zaměřit na měření v laboratoři a provedení testu dříve formulované nulové hypotézy. Když jsem poprvé viděl kód pro simulaci na počítači, byl jsem dost ztracený, chyběla dokumentace, nebyly mi jasné souvislosti. Navrhl jsem, zda by nebylo rozumnější naprogramovat simulaci s dokumentací a dodržováním dobrých programátorských konvencí znovu. To mě přinutilo podrobit téma intenzivnímu studiu.

Laserovou filamentaci lze pozorovat, když se puls s krátkou dobou trvání začne soustřeďovat, zaostřovat sám do sebe a díky tomu dojde k tak vysoké koncentraci energie, že atomy plynu, kterými puls prochází, se ionizují, a tak vzniká plasma. Propagace pulsu je popsána lineární i nelineární optikou, a pro simulaci jevů, které se podílejí na této propagaci, je nutné numericky vyřešit nelineární Schrödingerovu rovnici. Nejpřesnější simulace vyžaduje běh na mnoha procesorových jádrech. Potenciální využití v průmyslu je například ve zkvalitnění přenosu mikrovlnného záření skrz vlnovody, „tunely“ vzniklé z plazmatu, či možnost efektivního určování konstituentů látek vzdálených objektů. Když jsem poprvé vstoupil do laboratoře, kde probíhají pokusy s laserovou filamentací, byl jsem překvapen, na jak malém prostoru je celá aparatura sestavena. Nerozuměl jsem, jak je možné pozorovat efekt přirozeného zaostřování pulsu na tak krátké vzdálenosti. Zjistil jsem, že je tento očividný nedostatek vyřešen jednoduše, a to umístěním čočky, která pulsy zaostřuje. Poslední otázkou bylo, jak provádět samotná měření. Jev laserové filamentace mění tvar vyslaného pulsu a rozšiřuje jeho spektrum, spektrální obraz, kde intenzita je vyjádřena na ose y a vlnová délka na ose x. Tím vlastně pulsy nesou podpis látek, kterými procházely. Intuitivním řešením je umístit spektrometr do aparatury a měřit intenzitu jednotlivých vlnových délek zaostřených pulsů.

Byl jsem ujištěn, že v podmínkách naší laboratoře je experiment bezpečný. Nebyl jsem si tím úplně jist, když jsem viděl všechny varovné nápisy. Nicméně jsem byl neustále pod dozorem a společně se svoji vedoucí práce jsme již provedli první měření. Při porovnání referenčních a naměřených intenzit jednotlivých vlnových délek paprsku jsem pozoroval rozšíření spektrálního obrazu. Nyní mě čeká analýza dat a snad budu moci porovnat výsledný spektrální obraz vzniklý v laboratoři s modelovým spektrálním obrazem nasimulovaným na počítači.

Zpět na hlavní stránku

Probíhá ověření zadaných údajů. Nezavírejte, prosím okno prohlížeče a vyčkejte na dokončení.