|
|
Tisztelt Hallgatók! Az alábbiakban olvashatják az Optikai és Kvantumelektronikai Tanszék, illetve a tanszéken működő Lézerfizikai Kutatócsoport kollégái által 5. féléves fizika BSc szakos hallgatók számára meghirdetett projektmunka témák rövid leírásait. Böngésszék kedvükre, s ha valamelyik témát érdekesnek találják kérjük, hogy a következőképp járjanak el. 1) Keressék meg a témát kiíró kollégát, s egyeztessék vele, hogy a témakiírás valóban megfelel-e Önöknek, s aktuális-e még. (Amennyiben nem, keressenek új témát, esetleg témavezetőt.) 2) Amennyiben igen, akkor a témavezetőjük fog intézkedni arról, hogy témavezetésével meghirdetésre kerüljön az ETR-ben Projektmunka kurzus. 3) Ha az ETR-ben megjelent a kurzus, vegyék azt fel. Felhívjuk figyelmüket, hogy 1) a témakiírás elsődleges célja, hogy tájékoztassa Önöket hogy milyen területen kell majd dolgozniuk. Ezért elképzelhető, hogy érdeklődésük esetén a témavezető majd csak egy részfeladat, vagy kisebb probléma megoldását várja el Önöktől. 2) nincs akadálya annak, hogy egy témára több hallgató is jelentkezzen, ennek mérlegelése a témavezető felelőssége, 3) a kurzusfelvételnek 2010. szeptember 13-áig meg kell történnie, 4) a témavezetőkkel nem egyeztetett kurzusfelvételt a kollégák NEM fogják konfirmálni (tehát témavezetői jóváhagyás nélkül akkor se vegyék fel az ETR-es kurzust, ha az már létezik, mert kurzusfelvételük érvénytelen lesz). Együttműködésüket köszönjük.
Projektmunka kiírások Kiíró: Dr. Bozóki Zoltán (Tel.: (62) 544-518, E-mail) 1) A fotoakusztikus mérések alapjai A hallgató önálló (magyar és angol nyelvű) irodalmazás, konzultációk, és kísérletek elvégzése révén megismerkedhet a fotoakusztikus mérések alapjaival, a dióda lézeres fényforrásokkal, a digitális lock-in mérési technikával, a fotoakusztikus kamra akusztikus tulajdonságaival és a mérések során alkalmazott gázkezeléssel. 2) Dióda lézeres, fotoakusztikus elvű mérőrendszerek fejlesztése A munka célja a fotoakusztikus rendszerek megbízhatóságának, pontosságának növelése, a rendszerek kalibrálása és mesterséges körülmények közötti tesztelése, illetve a rendszer telepítésének előkészítése (pl. repülőgépes mérőállomásra, vagy földgázüzembe). 3) Természetes és mesterséges aeroszolok (szálló por) fotoakusztikus és egyéb elvű mérése A munka célja, hogy a hallgató megismerkedjen a legmodernebb aeroszol mérési módszerekkel, ezen belül a Tanszéken kifejlesztett több-hullámhosszú fotoakusztikus aeroszol-mérővel. A rendszerekkel a hallgató méréseket fog végezni laboratóriumi illetve terepi körülmények között. Kiíró: Dr. Budai Judit (Tel.: (62) 544-653, E-mail) Napelemek felületi érdességének vizsgálata optikai módszerekkel A hatásfok növelésére napelem szerkezetek felületét gyakran érdesítik, ezáltal csökkentve a szerkezetből kilépő, így nem hasznosuló fotonok számát. Növekvő igény mutatkozik az érdesített felület érintés nélküli minősítésére már a gyártás során. A hallgató feladata különböző mértékben érdesített minták készítése, ezek érdességének vizsgálata spektroszkópiai ellipszometriával és más optikai módszerekkel. Kiíró: Dr. Csete Mária (Tel: (62) 544-528, E-mail) 1) Felületi plazmon rezonancia spektroszkópia vizsgálatok A fém-dielektrikum határfelületeken gerjeszthető plazmonok rezonancia karakterisztikáját alapvetően befolyásolja periodikus és nanostruktúrák jelenléte. A monokromatikus fénnyel végzett szögfüggő vizsgálatok mellett hullámhosszfüggő méréseket tervezünk. A vizsgálatok célja éles spektrumvonalak megjelenését eredményező periódussal és szimmetriával rendelkező nano-objektum mintázatok tervezése. A jelölt a gyengített teljes visszaverődésen alapuló SPR kísérleti eljárás mellett beletanul a sima és strukturált rétegek leírására alkalmas Transzfer- és Scattering Matrix Módszerek-be. 2) Lézeres kolloid-gömb litográfia A kolloid gömbök koherens fénnyel történő kivilágítása erős közel-térbeli intenzitásnövekedést eredményez, amely felületek strukturálásában hasznosítható. A maximális intenzitásnak megfelelő helyet a gömb mérete és törésmutatója határozza meg. Merőleges beesésnél az intenzitás-eloszlást a gömb méretétől függő optikai rezonanciák és közel-tér effektusok határozzák meg. Az intenzitás-eloszlás finomstruktúrája hangolható a beesési szöggel, fém kolloid-gömbök esetében pedig a polarizált fénnyel kivilágítás a perem-kerületnél eredményez intenzitás-növekedést. A tervezett numerikus számítások célja a hullámhossz felénél kisebb karakterisztikus méretű, tetszőleges szimmetriával rendelkező struktúrák létrehozása. Tanulmányozzuk a fény hullámhosszának, beesési szögének és polarizációjának hatását. A jelölt a modellezés során megismerkedik a FEM-en alapuló COMSOL programcsomaggal. 3) Plazmonikus struktúrák hatásának modellezése A hullámhosszal összemérhető periodikus struktúrák (rácsok) valamint a hullámhossznál kisebb objektumok (nano-részecskék és lyukak) befolyásolják a plazmonok terjedését a fém-dielektrikum határfelületen. A távoltérben mérhető spektrális hatás mellett karakterisztikus közel-térbeli intenzitás-eloszlás alakul ki jelenlétükben. Vizsgálataink célja a komplex plazmonikus struktúrák periódusának és szimmetriájának, valamint az alkotó nano-objektum paramtereknek az optimalizálása a bio-szenzorizációs és plazmonikus litográfiai alkalmazások céljából. A jelölt megismerkedik a hullámhossznál kisebb, valamint periodikus struktúrák EM közeltérbeli hatásának modellezésére alkalmas FEM-en alapuló COMSOL programcsomaggal. 4) Bio-szenzorizáció AFM és SPR módszerek kombinálásával Előzetes vizsgálataink szerint az atomi erő mikroszkópia és a felületi plazmon rezonancia spektroszkópia kombinálásával nagy érzékenységű bio-szenzorizáció valósítható meg. Az általunk létrehozott bio-szenzor chip-ek lézerrel generált felületi rácsain a szinkron periodikus adhézió-moduláció és plazmon-tér növekedés eredményez érzékenység növekedést. További vizsgálataink célja az érzékenység további növelése a fehérjéket jelölő fém nano-részecskék plazmon-rezonanciája révén. A jelölt bekapcsolódhat a biomolekulafémnanorészecske komplexumok AFM és SPR vizsgálatába, valamint a nanorészecskék plazmon-gerjesztésének modellezésébe. Kiíró: Dr. Geretovszky Zsolt (Tel.: (62) 544-659, E-mail) 1) Hogyan működnek a gázérzékelő szenzorok? A veszélyes gázok jelenlétének érzékeny kimutatása és mennyiségének pontos mérése már régóta foglalkoztatja a kutatókat. A jórészt angol nyelvű források feldolgozását kívánó munka elsődleges célja, hogy bemutassa milyen működési elven alapulnak a gázérzékelők egyes típusai, s ezen keresztül tegye lehetővé tulajdonságaik összehasonlító elemzését. Ezen célok elérése érdekében azonban olyan kérdések megválaszolása is elkerülhetetlen, mint hogy 1) Mely gázok kimutatása a legfontosabb a biztonságos emberi környezet biztosítása érdekében, illetve az ipari folyamatirányítás területén? 2) milyen jellemzőkkel szokás leírni a gázszenzorok működését? 3) Hogyan és milyen mértékben tehetők szelektívvé, azaz egy bizonyos gázra specifikussá az egyes gázszenzor típusok? A téma igényli angol nyelvű szakirodalom feldolgozását és az ezekből vett információk elemző összehasonlítását. 2) Rezisztív elven működő gázérzékelők Naoyoshi Taguchi 1962-ben kezdett fejlesztő munkáját 1968-ban koronázta siker. Ekkorra készült ugyanis el az első olyan szilárdtest gázszenzor, melynek működése azon alapult, hogy gázkörnyezetének megváltozását ohmikus ellenállásának arányos változásával jelezte. A módszer sikerét mi sem mutatja jobban, mint hogy a mai napig forgalmaznak Taguchi szenzorokat, melyek segítségével ma már száznál is többféle gáz mérése lehetséges. Néhány évvel ezelőtt nagy visszhangot keltett az ellenállás fluktuációján alapuló gázdetektálási eljárás. A téma célja – a működési elvek és a szenzorok jellemzőinek bemutatása mellett – azon kérdés körüljárása, hogy mennyire nyújt e két módszer egymást kiegészítő információkat a szenzort körülvevő gáztér összetételéről. 3) Nanorészecskék előállítása lézeres módszerekkel Az utóbbi évek tudományos kutatásait markánsan formálja az anyag nanométeres strukturáltságú módozatainak sokszor különleges viselkedése. Nanorészecskék alatt olyan részecskéket értünk, melyek kiterjedése a tér mindhárom irányában 100 nanométernél kisebb. Ilyen nanorészecskék számos módon előállíthatók. A téma ezek közül azon eljárásokat tervezi csokorba gyűjteni, melyekben lézerek is szerephez jutnak. Ehhez első lépésben szakirodalmi adatbázisokban kell kutakodnunk, amit a közlemények eredményeinek rendszerezése, csoportokba sorolása és elemzése követ. A cél tehát egy – a kiíró szerint érdekes – téma szakirodalmának megismerése és feltérképezése. 4) A spaser A Mikhail A. Noginov és munkatársai által a Nature-ben publikált cikk segítségével eredünk a nanolézerek ezen egzotikus fajtájának nyomába. A működési elv bemutatása mellett célunk még a fényt erősítő laser és felületi plazmonokat alkalmazó spaser közötti hasonlóságok és különbségek megismerése, hogy ezen keresztül érthessük meg hogyan is működik a világ jelenleg legkisebb, mindössze 44 nm méretű lézere. A fizika iránti érdeklődésen túl az angol nyelv ismerete elengedhetetlen, s ha orosszal is párosul az további előny. Kiíró: Dr. Hilbert Margit (Tel.: (62) 544-656, E-mail)Fém vékonyrétegek spektroszkópiai vizsgálata A vékony fémréteg és a tömbben előállított anyag optikai jellemzői között különbözőséget lehet kimutatni. A technológiai szempontból jelentős szerepet játszó vékonyrétegek optikai jellemzőinek tanulmányozása lesz a feladat, a rétegvastagság és reflexió-képesség között kapcsolatot vizsgáljuk. A kísérleti munkához Shimadzu típusú spektrofotométert fogunk használni. Mérni fogjuk az abszorpciót, transzmissziót és reflexiót jellemző fizikai mennyiségeket. A hallgató megismerkedik a transzmissziós görbe és a fém vékonyrétegek abszorpciós és reflexiós tulajdonságai közötti kapcsolattal. Kiíró: Dr. Hopp Béla (Tel.: (62) 544-657, E-mail) 1) Szerves vékonyrétegek előállítása impulzus lézeres leválasztási eljárással Ha egy nagy teljesítményű impulzuslézer fényét a céltárgyra fókuszáljuk, abból a besugárzás hatására a felületre merőlegesen plazmaállapotú anyagfelhő válik ki (ez a jelenség az abláció), amely felfogható az útjába tett szubsztráton. A módszer egyik nagy előnye, hogy a folyamat során az anyag kémiai összetétele megmarad. A másik alkalmazhatóságot növelő szempont, hogy tömör vékonyréteg hozható így létre, az anyagfelhő nagy kinetikus energiájának köszönhetően. A leválasztott film vastagságát könnyen szabályozhatjuk az impulzusok számával, mert az egy impulzus hatására keletkező réteg átlagos vastagsága kevesebb, mint egy atomi réteg. Hátránya viszont, hogy mikrométer méretű cseppek, és szilárd törmelék jelennek meg a vékonyrétegen. A tervezett kísérletek célja ezeknek a homogenitást rontó tényezőknek a csökkentése, az eljárás optimalizálása biológiai vékonyrétegek előállítására, s ezen rétegek orvostudományi, szenzortechnikai alkalmazhatóságának vizsgálata. 2) Excimer lézeres anyagmegmunkálás Az excimer lézeres mikrostrukturizálást, azaz a mikrométer nagyságrendű háromdimenziós mintázat készítését, a XXI. század technológiájának tartják. Alkalmazási lehetőségei kiterjednek az optikára, a kommunikációs technikára, kémiára, biológiára és az orvostudományra egyaránt. Az excimer lézeres abláció (szubmikrométeres felbontású anyagmegmunkálás) kiválóan alkalmas háromdimenziós struktúrák kialakítására polimerekben, biológiai szövetekben. Ezt a módszert már az orvostudományban (pl. a szaruhártya sebészetben) is alkalmazzák. A fenti eljárás segítségével lehetséges például mikrométeres csavarok, fogaskerekek, egyéb viszonylag egyszerűbb alkatrészek nagypontosságú előállítása. 3) Átlátszó anyagok lézeres finommegmunkálása A mikro-, nanométeres mérettartományban megmunkált átlátszó anyagok (kvarc, zafír, MgF2, CaF2, BaF2, üveg, gyémánt, egyéb kristályok, stb.) számos optikai- és mikro-optikai alkalmazási lehetőséggel rendelkeznek, aminek köszönhetően a megmunkálási eljárásaik jelenleg is a fizika egy intenzíven kutatott területét képezik. Létezik közvetlen és közvetett megmunkálási mód is aszerint, hogy a megmunkáló lézernyaláb önmagában, közvetlenül távolítja el a céltárgy felszínének kicsiny részét, vagy valamilyen segédanyagot használva, közvetve. Az utóbbi években a figyelem az indirekt eljárások felé fordult, hiszen az ezekhez alkalmazott lézerek jóval olcsóbbak, és ipari körülmények között is bizonyítottak már. Ezek közül a legjelentősebb, a legtöbb lehetőséggel és előnnyel kecsegtető technika a lézer indukált hátsó oldali nedves maratás. Az eljárás során a megmunkálandó átlátszó anyag hátsó (az érkező lézerimpulzussal ellentétes) oldalára egy, a lézer fényét erősen elnyelő folyadékot öntenek úgy, hogy az közvetlenül érintkezzen a megmunkálandó felülettel. A lézer fénye ennek a folyadéknak a céltárggyal érintkező vékony rétegében nyelődik el, miközben az erősen felmelegszik, és sok magas nyomású mikrobuborék képződik benne, amelyek egy naggyá állnak össze. A forró folyadék hődiffúzió útján felmelegíti az átlátszó céltárgyat, amely meglágyul, akár meg is olvadhat. Ennek a magas hőmérséklet miatt megpuhult rétegnek egy vékony részét képes a magas nyomású, robbanásszerűen kitáguló buborék okozta visszahatás, ütés eltávolítani. Előzetes vizsgálataink alapján a módszer alkalmas finom, szubmikrométeres struktúrák előállítására is. A kutatómunka során az alábbi feladatokat tűztük ki: kvantitatív összefüggés kidolgozása a maratási sebesség, a reagens és a besugárzó lézer paraméterei között a megmunkálás precíz megtervezhetőségének érdekében, egy modell kidolgozása a maratási folyamat részletes leírására, adott mikro-, nanostruktúrák kialakítása átlátszó anyagok felületén. 4) Lézerek orvosi alkalmazási lehetőségeinek vizsgálata A lézerek1960-as felfedezésüket követően szinte azonnal megjelentek az orvostudományban is. Már a hatvanas években folytak kísérletek orvosi alkalmazási lehetőségeikkel kapcsolatban, s igen hamar ki is derült, hogy a gyógyítás szinte minden területén nagy hatékonysággal bevethetők. Olyan beavatkozásokat is lehetővé tesznek, melyek a hagyományos eszközökkel, módszerekkel korábban nem voltak megvalósíthatók. Az 1980-as, 90-es évek: kiteljesedett a lézerek orvosi alkalmazása, bebizonyosodott, hogy az emberi szervezet szinte minden szervén, szövetén a különböző típusú lézerekkel rendkívül hatékony és kíméletes módon végrehajtható műtétek végezhetők. Mindez azonban nem jelenti azt, hogy már minden lehetőséget felfedeztek, megvizsgáltak, kiaknáztak volna. Ebben a kutatási témában a cél tehát az, hogy megvizsgáljunk már meglévő alkalmazásokat, hogy megismerjük, tökéletesíthessük őket, illetve hogy új alkalmazási ötleteket tudjunk kidolgozni. Az egyik konkrét alkalmazási lehetőség, melyet vizsgálni tervezünk a lézeres fogászat, ezen belül a fogfúrás, fogkőeltávolítás. Kiíró: Dr. Ignácz Ferenc (Tel.: (62) 546-370, E-mail) Lézer és nem lézer fény terápiás alkalmazásai a mai orvosi gyakorlatban A fény az UV-tartománytól az infravörösig fontos szerepet tölt be napjainkban az orvosi diagnosztikus és terápiás gyakorlatban is. Cél ez utóbbinak mélyebb megismerése egy szűkebb területen legalább. További cél a legújabb lézerek alkalmazhatóságának megismerése, cél területre juttatásának elvi és gyakorlati megvalósítása. Kiíró: Dr. Kovács Attila (Tel.: (62) 544-528, E-mail) Optikai szálak diszperziójának mérése Az orvosi diagnosztikában a nemlineáris optikai jelenségeken alapuló mikroszkópok egyre nagyobb szerepet töltenek be. Ezen eszközök használata azért előnyös, mert a mikroszkópban terjedő femtoszekundumos (1 fs =10-15 s) lézerimpulzusok kevés energiát hordoznak, így a vizsgált szövetben elnyelődve nem nagyon terhelik azt. Bár kicsi az egy impulzusban tárolt energia, azonban a rövid időtartam miatt nagy csúcsintenzitás alakul ki, melynek hatására kiváltott nemlineáris optikai jel jól detektálható. A mikroszkópok még szélesebb körben lennének használhatók, ha flexibilissé válnának, azaz optikai szálon jutnának el az impulzusok a fókuszáló objektívig. Az általánosan használt optikai szálak diszperziója sajnos időben kiszélesíti a lézerimpulzust, jelentősen rontva a detektált jel erősségét. A projektmunka célja fejlesztés alatt álló, a tervezés szerint minimális diszperzióval rendelkező szálak kísérleti ellenőrzése spektrálisan bontott interferometriával. A kapott adatok nagy segítséget jelentenek az optikai szálak fejlesztésén dolgozó kutatócsoportoknak. Kiíró: Dr. Mohácsi Árpád (Tel.: (62) 544-285, E-mail) Fotoakusztikus mérésekhez használható optikai mikrofonok tulajdonsága-inak összehasonlítása egymással és a jelenleg használt elektrét mikrofonéval A fotoakusztikus mérési módszerhez szükség van egy mikrofonra is, amellyel a lézer által keltett hangot mérjük, ami maga a hasznos információ. Ebből következik, hogy akkor kapjuk a legjobb jel/zaj viszonyt, ha a legérzékenyebb és legkisebb zajú mikrofont használjuk. Pár éve már megjelentek optikai mikrofonok, amelyek ilyen szempontból egyre jobbak és már felül is múlták a most használatos elektrét mikrofonokat. Az interneten számos cikk szól már ezekről a mikrofonokról, és már kereskedelmi forgalomba is kerültek. A projektmunka ezeknek a mikrofonoknak a feltérképezése lenne. Forrás: cikkek, internet Haladó angol tudás feltétel.
Kiíró:
Dr. Mohácsi Árpád
(Tel.: (62) 544-285,
E-mail) Új "multipath" fotoakusztikus mérőkamra szoftveres modellezése egy optikai modellező programmal A fotoakusztikus mérési módszerhez szükség van egy mérőkamrára, amelyben létrejön a lézer fény által gerjesztett akusztikus hullám. Ez a gerjesztett akusztikus jel egyenesen arányos többek között a lézer teljesítményével. Természetesen minél nagyobb a lézer teljesítménye annál nagyobb jelet kelt, ami növeli a berendezés jel/zaj viszonyát. Sajnos a lézerek teljesítménye korlátozott és kb. exponenciálisan függ tőle az ára és mérete. Viszont ha egy kisebb teljesítményű lézerrel ugyanabba a kamrába egyszerre több sugárnyalábot tudunk bepréselni, azaz tükrökkel bent tartani a fényt, akkor „látszólag” megnövelhetjük a lézer teljesítményét. A projekt munka arról szólna, hogy egy ilyen elképzelést egy optikai modellező program segítségével vizsgálni lehetne abból a szempontból, hogy mekkora jel/zaj növekedést okozna ez a elrendezés illetve mekkora pontosságot igényel a beállítása. A modellező program megismerése a félév során Dr. Erdélyi Miklós kurzusán. Kiíró: Dr. Smausz Kolumbán Tomi (Tel.: (62) 544-657, E-mail) Lézeres szórási interferencián alapuló véráramlás-mérés és modellezés Egy nagyobb (akár kézfej nagyságú) terület véráramlásának folyamatos monitorozására alkalmasnak ígérkező módszer a „laser speckle” (szórási interferencia) analízis. Alapelve a következő: ha egy vizsgálandó minta (pl. klinikai szinten visszavarrt végtagok, átültetett bőr; kutatási szinten pedig az agy, szemfenék, stb.) felszínét egy kis energiájú, a felszín alá is behatoló lézer fénnyel megvilágítunk és a megvilágított felületet megfelelő optikán keresztül egy kamera fényérzékeny chipjére leképezzük, a valódi kép helyett szemcsés szerkezetű interferenciakép alakul ki. A szóró részecskék (az esetünkben leginkább a vörösvértestek) mozgása következtében a szórási interferencia kép is változik, melynek megfelelő rögzítésével és analízisével kimutatható a szövetfelszín alatti véráramlás erőssége. Ideális esetben az interferenciakép fluktuációját jellemző korrelációs idő és a véráramlás sebessége között jól meghatározott összefüggés van. A valódi mérések során azonban az interferenciakép kialakulásához megvilágított felületről valamint a felszín alatt levő egyéb részecskékről visszavert/szórt fény is hozzájárul, emiatt az eljárás csak relatív mérések megvalósítására alkalmas. Feladatok: szakirodalmazás, modell-kísérletek végzése szuszpenziós oldatokkal, áramlásmérés bőrfelületen, kísérleti eredmények összevetése lézer-Doppleres mérésekkel. Kiíró: Dr. Tóth Zsolt (Tel.: (62) 544-653, E-mail) 1) Üvegen lévő szilíciumrétegek kisebbségi töltéshordozó élettartam vizsgá-lata felületi fotófeszültség (Surface Photo Voltage – SPV) technikával Üvegen létrehozott szilíciumrétegek („Silicon on Glass” – SOG) több ipari alkalmazás, például a sík képernyők („flat panel display”) előállításának és a napelemgyártásnak is fontos anyagai. A rétegek lehetnek mikrokristályos szerkezetűek vagy egykristályok is. A jellemző rétegvastagság 100 nm-től néhány mikronig terjed. Ezen vékony szilíciumrétegek minősítése jelenleg nem megoldott. A projektmunkás feladata a felületi fotófeszültség („Surface Photo Voltage” – SPV) technika alkalmazása ilyen vékonyrétegek mérésére. 2) Nanostruktúrált szilícium, szilícium dioxid fotolumineszcenciájának mérése A szilícium indirekt típusú félvezető, melynek lumineszcenciája igen gyenge, mégis bizonyos nanoszerkezetekben jelentős lumineszcenciát lehet kimutatni. A hallgató feladata a pórusos és nanoszerkezetű szilícium lumineszcenciájának irodalmi kutatása, részvétel fotolumineszcencia mérőkészülék fejlesztésében, illetve különböző szilícium alapú minták lumineszcenciájának mérése és értelmezése.
|