The article presents an experimental method for the three-dimensional (3D) imaging of ferroelectric domain structures using the method of digital holographic tomography. The implementation of this method uses curvilinear filtered back-projection. Our experimental method is tested by the visualization of the domain structures in the periodically poled lithium niobate single crystal. The developed method enables fast and accurate 3D observation of structures of ferroelectric domains in the whole volume of ferroelectric single crystals. and Článek prezentuje experimentální metodu pro trojrozměrné (3D) zobrazování feroelektrických doménových struktur za použití metody digitální holografické tomografie. Implementace této metody využívá křivočarou filtrovanou zpětnou projekci. Naše experimentální metoda je testována na zobrazování doménových struktur v periodicky polarizovaném monokrystalu niobátu lithia. Vyvinutá metoda umožňuje rychlé a přesné 3D pozorování struktur feroelektrických domén v celém objemu feroelektrických monokrystalů v milimetrovém měřítku.
Hyperspectral imaging as a tool for obtaining information about the world around us is rapidly developing field of modern technology. The desired information in such systems is obtained by processing ofstored spectral information of a measured scene. The main advantage of the hyperspectral systems is the use of a wide spectral range encompassing both the visible and adjacent spectral regions(primarily infrared). The main element in these systemsis a spectrally selective element which provides separation of the individual spectral components. This element can be based on number of physical principles, in this paper we will discuss the design and fabrication of a spectral element based on a diffraction grating. The main requirements for this system were: spectral division function for LWIR (7 mm - 14 mm), the highest possible efficiency in this spectral region with respect to the spectral emission of a black body with temperature 350 K, and avoidance of the restrictions given by the production. Design of the grating was done with the use of a scalar theory and the results were compared with RCWAand finite element method. Fabrication of the grating was carried out using single-point diamond turning. The grating was made of germanium. and Hyperspektrální zobrazování, jakožto nástroj pro získávání informací o světě kolem nás, je rychle se rozvíjející oblast moderní techniky. Požadovaná informace se v takových systémech získává zpracováním uložené spektrální informace z měřené scény. Jednou z výhod hyperspektrálního systému je užití širokého spektrální rozsahu obepínajícího jak viditelné, tak i přilehlé spektrální oblasti světla (především infračervenou). Hlavní prvek v těchto systémech je spektrálně selektivní člen zajišťující separaci jednotlivých spektrálních komponent. Tento člen může být založen na různých fyzikálních principech, v rámci tohoto příspěvku diskutujeme návrh a výrobu spektrálního elementu založeného na difrakční mřížce. Hlavní požadavky na tento systém jsou spektrálně selektivní funkce pro LWIR (7 mm - 14 mm), co možná nejvyšší účinnost v dané spektrální oblasti vzhledem k spektrálnímu vyzařování černého tělesa o teplotě 350 K a vyhnutí se omezení daných výrobou. Návrh mřížky vychází ze skalární teorie elektromagnetického pole a výsledek je porovnán s RCWA a metodou konečných prvků. Vlastní výroba mřížky se provedla jednobodovým diamantovým soustružením do germania.
This article briefly surveys selected methods for measuring of optical surface shapes, especially aspherical surfaces, their advantages and parameters of devices applicable for this kind of measurement. Aspheres, in view of their great application potential, are currently in the focus of many scientific institutions and companies involved in optical manufacturing. The measurement possibilities of these devices are presented only roughly, their measuring range depends on the details of the specific application. and Článek je stručným přehledem vybraných metod měření tvaru optických ploch, především asférických, které vzhledem k jejich aplikačnímu potenciálu jsou v současné době v centru pozornosti mnoha vědeckých pracovišť a firem zabývajících se optickou výrobou. Článek poslouží všem zájemcům o parametrech speciálních přístrojů a jejich použití pro tento druh měření. Informace o měřicích rozsazích přístrojů je pouze orientační a závisí na konkrétní aplikaci.
This paper presents the analysis of the method for three-dimensional (3D) imaging of domain structures in ferroelectric single crystals based on digital holographic tomography. It is known that macroscopic properties of ferroelectric materials are to a large extent enhanced by domain structures. In order to get insight into the role of domain structures on the macroscopic properties requires experimental techniques, which allow the accurate 3D measurement of spatial distribution of ferroelectric domains in a single crystal. Unfortunately, current imaging techniques of ferroelectric domains have their limitations. The most commonly used method is piezoelectric atomic force microscopy, which allows two-dimensional field observations on the surface of a ferroelectric sample. Optical methods, which are based on domain pattern observation from a single constant view angle, allow the determination of domain parameter averaged over the sample volume. In this work, using numerical simulations we analyze a method which determines the spatial distribution of ferroelectric domains by measuring the waveform deformation of transmitted optical wave from several angles. The method is based on the idea that the spatial distribution of the ferroelectric domains can be determined by measuring the spatial distribution of the refractive index. Finally, it is demonstrated that the measurement of waveform deformations, which are transmitted in different angles through a ferroelectric single crystal with domains, provides data that can be further processed by conventional tomographic methods. and Tento článek pojednává o vývoji a implementaci digitální holografické tomografie pro třídimenzionální (3D) pozorování doménových struktur ve ferroelektrických monokrystalech. Feroelektrické materiály představují skupinu materiálů, jejichž makroskopické dielektrické, elektromechanické a elastické vlastnosti jsou značně ovlivněny přítomností doménových struktur. Pochopení vlivu doménových struktur na výše uvedené vlastnosti vyžaduje experimentální techniky, které umožňují přesné 3D měření prostorového rozložení feroelektrických domén v monokrystalu. Bohužel, současné techniky 3D pozorování feroelektrických domén mají svá omezení. Nejčastěji používaná metoda je piezoelektrická mikroskopie atomových sil, která umožňuje 2D pozorování domén na povrchu feroelektrického vzorku. Optické metody, založené na měření dvojlomu, umožňují určit parametry doménových vzorků zprůměrované v celém objemu vzorku. V této práci analyzujeme pomocí numerických simulací metodu, která umožňuje určit prostorové rozložení feroelektrických domén měřením deformace vlnoplochy přenesené optické vlny z několika úhlů. Metoda je založena na myšlence, že prostorové rozložení feroelektrických domén může být určeno měřením prostorového rozložení indexu lomu. Nakonec je demonstrováno, že měření deformací vlnoplochy, procházející pod různými úhly feroelektrickým monokrystalem s doménami, poskytují data, která mohou být dále zpracovávána konvenčními tomografickými metodami.
The paper deals with the development and description of a multichromatic monitoring system used as part of vacuum deposition chambers for the in-situ measurement of thin film thicknesses. The monitoring system is based on the measurement of the reflectance/ transmittance of the sample at several points of the spectrum, determined by the number and wavelength of the lasers used. Measurement takes place at all wavelengths at the same time, allowing for its high speed. The main benefit of our monitoring system is a significant reduction of measurement uncertainty, compared to conventional monochromatic measurement. In addition, it gives a rough idea of the spectral characteristic of the sample. The article deals mainly with technical implementation. The algorithm for accurately determining the thickness of the thin layer is not explained here. and Článek pojednává o vývoji a popisu multifrekvenčního měřiče, použitého jako součást vakuových depozičních komor pro průběžné měření tlouštěk tenkých vrstev. Měřič je založený na měření odraznosti/ propustnosti vzorku v několika bodech spektra, určených počtem a vlnovou délkou použitých laserů. Měření probíhá na všech vlnových délkách současně, čímž je možné dosáhnout vysoké rychlosti. Hlavním přínosem našeho měřiče je výrazná redukce nejistoty ve srovnání s klasickým monofrekvenčním měřením. Navíc dává i hrubou představu o spektrální charakteristice vzorku. Článek se zabývá především technickou realizací. Algoritmus pro přesné stanovení tloušťky tenké vrstvy zde vysvětlen není.
Polishing of aspheric optical surfaces is done by different approach compared to traditional polishing of spheres and flats by full-aperture tools and methods. Zonal, sub-aperture methods of grinding polishing are used. These methods are meant not only for basic operations but also for deterministic form correction. Compared to full-aperture processing methods they require precise positioning of the tool and a stable and readily characterizable tool producing very smooth surface. Companies producing optical machines, developed wide range of sub-aperture processing tools and methods more or less fulfilling such requirements. Each method or tool has its strong and weak characteristics so it is necessary to consider actual application during choosing one. The article gives overview of methods used at present and their properties. and Leštění asférických ploch představuje zcela jiný přístup než leštění sférických a rovinných ploch. Jsou využívány metody zonálního broušení a leštění, a to jak za účelem náhrady celoplošného opracování povrchu, tak i pro korektivní leštění, které má za cíl zlepšit tvarovou přesnost vyrobené optické plochy. Na rozdíl od celoplošného obrábění sférických povrchů, vyžaduje tento přístup přesné polohování nástroje a stabilní, dobře charakterizovatelný nástroj zanechávající po opracování povrch s minimální drsností. Firmy zabývající se vývojem optických obráběcích strojů rozvinuly celou řadu přístupů k realizaci nástrojů s požadovanými vlastnostmi. Každý z přístupů má své výhody, obvykle však i řadu nevýhod, proto je důležité dobře zvolit nástroj s ohledem na jeho cílové použití. Článek podává přehled o aktuálně používaných metodách a nástrojích a jejich vlastnostech.
Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) is a ferroelectric material interesting for its high dielectric constant and piezoelectric response. PZT thin films can be prepared by various methods, e.g. pulsed laser deposition, chemical vapor deposition, sol-gel and, most frequently, sputtering. Though the magnetron sputtering is used more frequently, PZT thin films can be prepared also by ion-beam sputtering (IBS). In this paper we study the deposition process of PZT thin films in our IBS system with a possibility of ion-beam assisted deposition (IBAD), which has the advantage that more energy can be added to the growing layer. We focus here mainly on the influence of the oxygen flux during the deposition on the quality of the resulting layers. We compare the samples grown on the silicon substrate with and without an intermediate Ti seeding layer. and Olovo-zirkonát-titanát Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) je ferroelektrický materiál zajímavý pro svou vysokou dielektrickou konstantu a silnou piezoelektrickou odezvu. Tenké PZT vrstvy mohou být připraveny různými metodami, např. pulzní laserovou depozicí, chemickým nanášením par, metodou sol-gel a nejčastěji naprašováním. I když se magnetronové naprašování používá častěji, mohou být tenké PZT vrstvy připraveny i naprašováním iontovým svazkem (IBS). V tomto článku studujeme depoziční proces tenkých PZT vrstev v našem systému depozice iontovým svazkem s možností asistenčního iontového svazku (IBAD). Soustředíme se zejména na ovlivnění kvality výsledných vrstev množstvím připouštěného kyslíku během depozice. Porovnáváme vzorky pěstované na křemíkovém substrátu s Ti mezivrstvou nebo bez ní.
A combination of titanium dioxide (TiO2 ) and silicon dioxide (SiO2 ) has been used for decades in the field of optical interference filters. Their combination is a frequently used deposition method for most application in the visible (VIS) and near infrared (NIR) spectral range. They are applied for simple coatings such as antireflective coatings as well as for demanding coatings consisting of dozens of layers. In spite of its common usage we found undescribed optical losses in our coatings. The losses appeared at the time when we introduced the combination in our laboratory process using the ion beam assisted deposition (IBAD) with e-gun. We did not find any piece of published information which covers using combination of TiO2 and SiO2 . In this article we focus on modifying process parameters so that the losses are reduced. and Kombinace oxidu titaničitého (TiO2 ) a oxidu křemičitého (SiO2 ) se pro interferenční filtry používá již desítky let. Ve většině aplikací pro oblast viditelného a blízkého infračerveného spektra je tato kombinace nejlepší volbou, a to jak pro jednoduché filtry, tak i pro složité soustavy desítek vrstev. Přesto se při depozici těchto materiálů vakuovým odpařováním z elektronového děla s iontovou asistencí v naší laboratoři objevil ve vrstvách problém nepředpokládaných ztrát světla. Podobný jev nebyl, dle naší rešerše, popsán v žádné dostupné literatuře. Článek popisuje experimenty směřující k nalezení původu těchto ztrát a jejich potlačení.
The paper describes the single point diamond turning (SPDT) technology which represents possibility of ultraprecision machining with accuracy in fraction of wavelength in visible spectrum of light. The possibility of ultraprecision machining of different materials and freeform surfaces makes it demanded technology used for example in optical industry, where the technology serves for manufacturing of freeform metal mirrors, optical elements from plastic and some crystalline materials for infrared spectrum. and Článek pojednává o single point diamond turning (SPDT - bodové soustružení diamantem) technologii, která představuje velmi precizní možnost obrábění s přesností zlomků vlnové délky v oblasti viditelného spektra záření. Možnost obrábět libovolné tvary povrchů různých typů materiálů s velkou přesností z ní činí velmi žádanou technologii používanou např. v optickém průmyslu, kde slouží k výrobě obecných kovových zrcadel a optických prvků z plastů a některých krystalických materiálů pro infračervenou oblast spektra.
Lead zirconatetitanate (PZT) is widely used for its ferroelectric and piezoelectric properties. Its unique properties are conditioned by perovskite structure. Crystallization into this phase is determined among others by a proper stoichiometry, where the lead concentration is a crucial parameter. That is why this paper is devoted to the control of chemical composition of PZT thin films deposited via ion beam sputtering (IBS). Our study showed that the determinative lead content in PZT films prepared by ion-beam sputtering from a multicomponent target can be easily controlled by the power of primary ion source. At the same time, the composition is also dependent on the substrate temperature and the power of assistant ion source. and Olovo zirkonát-titanát (PZT) je široce používaný pro svoje feroelektrické a piezoelektrické vlastnosti, které jsou podmíněny perovskitovou strukturou. Krystalizace PZT do této preferované fáze je podmíněna mimo jiné také správným stechiometrickým složením, kde koncentrace olova je kritickým parametrem. Samotný proces krystalizace probíhá při vysokoteplotním žíhání, při kterém ovšem dochází k nežádoucímu snížení obsahu olova v deponované vrstvě. Proto je dobré připravit vrstvu s přebytkem olova, a tím tak kompenzovat jeho úbytek při žíhání. Z toho důvodu je tento článek zaměřen na řízení chemického složení tenkých filmů PZT pomocí naprašování iontovým svazkem (IBS). Vrstvy nanesené pomocí IBS by měly teoreticky vykazovat stejné chemické složení jaké má terč, z kterého jsou nanášeny. Nicméně, v případě PZT je vhodné mít možnost kontrolovaně měnit chemické složení naprašovaných tenkých filmů pro dosažení vysokého perovskitového podílu. Naše studie odhalila, že určující obsah olova v PZT vrstvách, připravených pomocí jednoduché a duální iontové depozice z vícesložkového terče, může být snadno řízen výkonem primárního iontového zdroje. Složení je také závislé na teplotě substrátu a na energii iontů asistenčního iontového zdroje. Tenké PZT vrstvy byly připraveny s více než 30% přebytkem ze stechiometrického vícesložkového terče (tj. terč bez přebytku olova). Můžeme tedy navrhnout několik možných setů depozičních parametrů vhodných pro depozici PZT pomocí IBS pro dosažení vysokého perovskitového podílu.