Elektrooptická modulace světla pomocí prvků s kapalnými krystaly je využita pro přípravu a měření libovolného polarizačního stavu světla a také pro transformaci mezi různými stavy polarizace klasických i jednofotonových optických signálů. Součástí práce je návrh a realizace vhodných kombinací modulátorů pro dosažení požadovaných polarizačních operací, jejich kalibrace a demonstrace využití ve vybraných experimentech.
Anotace v angličtině
The polarization degree of freedom of light is frequently used in optical communication and metrology as well as in quantum information processing. Rotating polarization retarders, such as half wave plate and quarter wave plate, are commonly used in many experiments for polarization analysis. The liquid crystals represent one of the technologies which do not require major interventions in already assembled experimental setups and can enhance the measurements. Particularly, devices made of liquid crystals can be used to speed up polarization preparation and analysis.
This thesis deals with the characterization of device made from liquid crystals cells and its application in polarization preparation and analysis. We discuss an extraction of the liquid crystal cell from a liquid crystal display and the process of its calibration to a reference polarimeter. Also, the theoretical description by means of analytical model and machine learning model is discussed. We present basic imperfections and problems that can be observed in the real-world use of liquid crystal cells and that are not commonly covered by the theoretical models. These phenomena can be included in the machine learning model as it learns and extrapolates from actual measured data. It outperforms significantly the analytical model, which is verified on a large measured data set.
Furthermore, we report on the use of the developed device for various types of polarization tomographic schemes, such as minimum tomography (for states), eigenstates of Pauli operators (three bases or six states), and covariant measurement. We perform a calibration and the tomographic procedure for the first two schemes mentioned. Also, we carried out numerical simulations of an overcomplete tomographic scheme, which converges to the covariant measurement.
The overcomplete measurements are used to demonstrate the reduction of uncertainty in the case of a large number of projections used for analysis and benefits of liquid crystals for this type of measurement. The results which are presented in this thesis show the possibility of using the device made from commercially available liquid crystal displays in polarization preparation, analysis, and polarization encoding of information in general.
Klíčová slova
polarizace, tekuté krystaly, modely tekutých krystalů, zařízení s tekutými krystaly, displej z tekutých krystalů, minimální analýza, analýza polarizace, příprava polarizace, metody tomografického měření, genetický algoritmus, strojové učení
Elektrooptická modulace světla pomocí prvků s kapalnými krystaly je využita pro přípravu a měření libovolného polarizačního stavu světla a také pro transformaci mezi různými stavy polarizace klasických i jednofotonových optických signálů. Součástí práce je návrh a realizace vhodných kombinací modulátorů pro dosažení požadovaných polarizačních operací, jejich kalibrace a demonstrace využití ve vybraných experimentech.
Anotace v angličtině
The polarization degree of freedom of light is frequently used in optical communication and metrology as well as in quantum information processing. Rotating polarization retarders, such as half wave plate and quarter wave plate, are commonly used in many experiments for polarization analysis. The liquid crystals represent one of the technologies which do not require major interventions in already assembled experimental setups and can enhance the measurements. Particularly, devices made of liquid crystals can be used to speed up polarization preparation and analysis.
This thesis deals with the characterization of device made from liquid crystals cells and its application in polarization preparation and analysis. We discuss an extraction of the liquid crystal cell from a liquid crystal display and the process of its calibration to a reference polarimeter. Also, the theoretical description by means of analytical model and machine learning model is discussed. We present basic imperfections and problems that can be observed in the real-world use of liquid crystal cells and that are not commonly covered by the theoretical models. These phenomena can be included in the machine learning model as it learns and extrapolates from actual measured data. It outperforms significantly the analytical model, which is verified on a large measured data set.
Furthermore, we report on the use of the developed device for various types of polarization tomographic schemes, such as minimum tomography (for states), eigenstates of Pauli operators (three bases or six states), and covariant measurement. We perform a calibration and the tomographic procedure for the first two schemes mentioned. Also, we carried out numerical simulations of an overcomplete tomographic scheme, which converges to the covariant measurement.
The overcomplete measurements are used to demonstrate the reduction of uncertainty in the case of a large number of projections used for analysis and benefits of liquid crystals for this type of measurement. The results which are presented in this thesis show the possibility of using the device made from commercially available liquid crystal displays in polarization preparation, analysis, and polarization encoding of information in general.
Klíčová slova
polarizace, tekuté krystaly, modely tekutých krystalů, zařízení s tekutými krystaly, displej z tekutých krystalů, minimální analýza, analýza polarizace, příprava polarizace, metody tomografického měření, genetický algoritmus, strojové učení
Elektrooptická modulace světla pomocí prvků s kapalnými krystaly bude využita pro přípravu a měření libovolného polarizačního stavu světla a také pro transformaci mezi různými stavy polarizace klasických i jednofotonových optických signálů. Součástí práce bude návrh a realizace vhodných kombinací modulátorů pro dosažení požadovaných polarizačních operací, jejich kalibrace a demonstrace využití ve vybraných experimentech. Konstrukční práce budou směřovat k prototypu polarizačního modulátoru s integrovaným řízením a vestavěnou kalibrací pro použití v širokém spektru aplikací. Student se bude věnovat také porovnání polarimetrických měřicích přístupů a rekonstrukčních metod.
Zásady pro vypracování
Elektrooptická modulace světla pomocí prvků s kapalnými krystaly bude využita pro přípravu a měření libovolného polarizačního stavu světla a také pro transformaci mezi různými stavy polarizace klasických i jednofotonových optických signálů. Součástí práce bude návrh a realizace vhodných kombinací modulátorů pro dosažení požadovaných polarizačních operací, jejich kalibrace a demonstrace využití ve vybraných experimentech. Konstrukční práce budou směřovat k prototypu polarizačního modulátoru s integrovaným řízením a vestavěnou kalibrací pro použití v širokém spektru aplikací. Student se bude věnovat také porovnání polarimetrických měřicích přístupů a rekonstrukčních metod.
Seznam doporučené literatury
Dle pokynů vedoucího.
Seznam doporučené literatury
Dle pokynů vedoucího.
Přílohy volně vložené
-
Přílohy vázané v práci
-
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Jméno a příjmení studenta: Bc. et Bc. Martin Bielak
Předseda komise: prof. Mgr. Jaromír Fiurášek, Ph.D.
Vedoucí práce: RNDr. Miroslav Ježek, Ph.D.
Oponent: prof. Mgr. Jaromír Fiurášek, Ph.D.
Hodnocení vedoucího: A
Hodnocení oponenta: A
Výsledné hodnocení práce a její obhajoby: A
Název práce: Příprava, měření a manipulace polarizace světla pomocí kapalných krystalů
Průběh obhajoby diplomové práce:
Student prezentoval výsledky své diplomové práce zaměřené na kontrolu a modulaci polarizačního stavu světla pomocí kapalných krystalů. V úvodu prezentace student krátce popsal motivaci pro studium této problematiky. Následně byl vysvětlený princip fungování zkroucených nematických kapalných krystalů a byl popsaný jejich matematický model. Dále bylo popsané zkonstruované zařízení a jeho experimentální charakterizace. Byla diskutovaná schopnost přípravy různých výstupních polarizačních stavů a provádění měření v různých polarizačních bázích. Byla také diskutována možnost porovnání různých tomografických metod s tímto zařízením. V závěru prezentace byly shrnuté hlavní dosažené výsledky a byly zmíněné další možné směry výzkumu. Po prezentaci zazněly posudky vedoucího práce a oponenta a student přesvědčivě odpověděl na otázky oponenta a členů komise.
Otázky:
Jaké zdroje záření a detektory byly v experimentech použité? Jaká byla vlnová délka použitého záření?
Jak složitá byla neuronová síť použitá k modelování sestrojeného polarizačního kontroleru? Kolika parametry byla tato síť charakterizovaná?
Je možné pomocí sestrojeného zařízení realizovat libovolnou unitární transformaci polarizačních stavů?
Jaké přesnosti měření bylo dosaženo při charakterizaci smíšeného polarizačního stavu? Proč se částečně liší údaje o čistotě stavu a délce Stokesova vektoru uvedené v práci a prezentované během obhajoby?
Platí, že každé zobecněné kvantové měření na jednom kvantovém bitu, které má více než 4 výsledky, je informačně přeurčené?
Jaká je časová stabilita zkonstruovaného polarizačního kontroleru?
Vyplývá použitá logistická křivka z nějakého hlubšího fyzikálního modelu kapalného krystalu, nebo se jedná o pouhý fit?
Pro jakou transformaci polarizačních stavů dává použitá metoda s kapalnými krystaly nejhorší výsledky a proč?