Analýza aplikace optických prvků s proměnnými a fixními parametry v zobrazovacích a měřících systémech

Abstract

Disertační práce se podrobně zabývá analýzou a aplikací optických prvků s fixními a proměnnými optickými parametry, a to zejména v oblasti optické metrologie a zobrazovacích soustav. Koncepčně je práce pojata jako doprovodný shrnující text k publikovaným článkům vydaných v prestižních mezinárodních impaktovaných časopisech. V současnosti můžeme rozdělit optické prvky na klasické s fixními parametry, charakterizované svým neměnným tvarem a indexem lomu, a na prvky aktivní, které mohou své parametry definovaným způsobem modifikovat, a tedy dle požadavků měnit optické zobrazení. Hybridní optické soustavy kombinující optické prvky s proměnnými i fixními parametry jsou v centru zájmu a výzkum v této oblasti je velmi aktuální. Akademická a výzkumná činnost v rámci autorova doktorského studia zahrnovala široké spektrum analýzy a aplikace zmíněných optických prvků s fixními a proměnnými optickými parametry. V první části práce autor představuje teoretické shrnutí základních znalostí a fyzikálně-matematického aparátu, který byl postupně využíván v řešení problémů a výzkumných výzev. Jsou ukázány fundamentální vztahy vlnové a geometrické optiky, zejména oblastí elektromagnetického pole a jeho šíření a difrakce, interference vln a rekonstrukce fáze vlnového pole. V rámci vybraných částí jsou prezentovány autorovy praktické realizace, zejména v části difrakce a rekonstrukce fáze vlnového pole. Následující kapitola je zaměřena zejména na shrnutí současného stavu klasických a aktivních komerčně dostupných optických prvků, které jsou základem pro metrologické a zobrazovací optické systémy. Poslední část prezentuje autorovy výzkumné výsledky, které byly publikovány v mezinárodních impaktovaných časopisech a prezentovány na mezinárodních konferencích. Zejména se jedná o teoretickou analýzu a experimentální potvrzení deformace membrán kapalinových čoček společně s návrhem metodiky pro určení mechanických parametrů těchto membrán, dále jde o problematiku adaptivních optických skenovacích systémů, aplikaci fázového modulátoru světla v optické metrologii při adaptivní interferometrii a pro možnost generace obrazu počítačem generovanými hologramy, nebo analýzu a realizace vybraných experimentálních metod pro měření vybraných parametrů klasických nebo aktivních optických prvků nebo optických soustav. V příloze jsou poté uvedeny vybrané autorovy publikace v mezinárodních časopisech, které dokazují hodnotu výzkumných aktivit.

The doctoral thesis presents a detailed analysis and application of optical components with fixed and variable optical parameters focusing on optical metrology and imaging systems. This thesis is conceptually organised as an accompanying text to the author?s published papers on the topics of classic and active optical components and systems. As of this date, optical components could be divided into two main categories - classical parts with fixed parameters which cannot change their shape or the refraction index, or those with the disposal of possibilities for predefined modification of optical parameters, which can change their imaging properties according to specified demands. Hybrid optical systems, a combination of the classic and active optical components, are in the centre of focus for many subjects of current research in this field. The author?s academic and research activities cover a broad spectrum of analyses and applications of the said optical components with fixed and variable parameters. Firstly, a theoretical summary of the fundamental principles and physically-mathematical apparatus are set out, giving the basics to solutions to the research challenges. The fundamentals of wave and geometrical optics are presented, focusing on the electromagnetic field and its propagation and diffraction, interference, and wave-field reconstruction. During the aforementioned parts of the thesis, the author shows his research outputs and practical realisations. The following part of the thesis sums up the current situation in the commercially available classic and active optical components. The final part focuses on the author?s specific results presented in international journals and conferences. It comprises a theoretical analysis and experimental verification of deformation of liquid lens membranes with the methodology of calculating the material parameters of the membranes, an analysis of adaptive optical scanning systems, an application of the spatial light modulator in adaptive interferometry and the possibility of a computer-generated hologram image, and an analysis and realization of experimental optical methods for the measurement of selected parameters of classic or active optical components or systems. Appended is a selection of the author?s published papers as a testament to the value of the author?s research activities.