Search

A series of D-pi-A chromophores based on [1,2,5]oxadiazolo[3,4-b]pyrazine electron-withdrawing group has been designed. The influence of the pi-conjugated linker (1,4-phenylene and 2,5-thienylene) and the amino-electron-donating group (diphenylamino and carbazol-9-yl) was studied by cyclic voltammetry, UV-Vis and emission spectroscopy. The second order nonlinear optical properties were also studied using the electric field induced second harmonic generation (EFISH) method. The experimental results have been rationalized by theoretical DFT calculations., Byla připravena série D-pi-A chromoforů na bázi elektronakceptorního skeletu [1,2,5]oxadiazolo[3,4-b]pyrazinu. Prostřednictvím cyklické voltametrie, UV-Vis a emisní spectroskopie byl studován vliv pi-konjugovaného linkeru (1,4-fenylen and 2,5-thienylen) a elektrondonorního substituentu aminového typu (difenylamino and karbazol-9-yl). Experimentální data byla konfrontována s výsledky DFT kalkulací.

The large library of nonlinear optical (NLO) chromophores based on pyrimidine scaffold is discussed in this review. Since the first examples described thirteen years ago, the interest in pyrimidine push-pull NLO chromophores has increased dramatically, especially for second harmonic generation and two photon absorption. More than 130 properly selected chromophores are presented to demonstrate fundamental structure-property relationships and to highlight key applications of pyrimidine-derived materials., V tomto přehledném článku je shrnuto velké množství nelineárně optických chromoforů na bázi pyrimidinu. Za dobu posledních třiceti let se zájem o pyrimidinové push-pull chromofory významně rozšířil, zejména pro jejich druhou harmonickou generaci a dvoufotonovou absorpci. Je představeno více než 130 vybraných chromoforů a diskutovány základní vztahy mezi strukturou a vlastnostmi.

V rámci této disertační práce byla provedena literární rešerše zaměřená na syntetické postupy vedoucí k thieno[3,2-b]thiofenu, thieno[2,3-b]thiofenu a 4H-cyklopenta[c]thiofen-4,6(5H)-dionu. Literární rešerše se dále zabývá symetrickými strukturními modifikacemi obou thienothiofenových izomerů v polohách 2 a 5. Poslední částí literární rešerše je kapitola popisující aplikace výše zmíněných heterocyklických sloučenin v různých oblastech optoelektroniky. V experimentální části této disertační práce bylo syntetizováno celkem 14 nových D-π-A push-pull chromoforů rozdělených do dvou sérií v závislosti na výše zmíněném použitém thienothiofenovém donoru. Aplikované akceptorní jednotky byly shodné pro obě série, tudíž vzniklo celkem 7 strukturně analogických párů cílových sloučenin. Ladění optoelektronických a termálních vlastností chromoforů bylo realizováno prostřednictvím záměny elektron-donorního thienothiofenového resp. elektron-akceptorního substituentu. Mezi využité akceptorní jednotky patří indan-1,3-dion, N,N-diethylthiobarbiturová kyselina, N,N-dibutylbarbiturová kyselina, 4H-cyklopenta[c]thiofen-4,6(5H)-dion, N-butylrhodanin, dikyan- a trikyanvinyl. Struktura a čistota cílových chromoforů byla ověřena pomocí tenkovrstvé chromatografie, 1H a 13C NMR spektroskopie, HR-MALDI hmotnostní spektrometrie a elementární analýzy. Vztahy mezi strukturou a vlastnostmi byly studovány s využitím diferenční skenovací kalorimetrie, termogravimetrické analýzy, elektrochemie, UV-VIS absorpční spektroskopie a pomocí SHG a THG experimentů. Získané výsledky byly rovněž doplněny o teoretické DFT kalkulace., A literature search focused on synthetic pathways leading to thieno[3,2-b]thiophene, thieno[3,2-b]thiophene and 4H-cyclopenta[c]thiophen-4,6(5H)-dione has been performed within the scope of this dissertation work. The literature search also covers symmetrical structural modifications of both thienothiophene isomers in the positions 2 and 5. The final part of the literature search focuses on potential applications of the aforementioned heterocyclic compounds in various optoelectronics. Fourteen new D-π-A push-pull chromophores divided into two series were synthesized within the experimental part. Both series differ in used thienothiophene donor. The utilized acceptor units were identical for both series, thus seven structurally analogous pairs of target compounds were prepared. Tunig of the optoelectronic and thermal properties has been realized through variation of the electron-releasing and electron-withdrawing substituent respectively. Indan-1,3-dione, N,N-diethylthiobarbiturate, N,N-dibutylbarbiturate, 4H-cyclopenta[c]thiophen-4,6(5H)-dione, N-butylrhodanine, dicyano- and tricyanovinyl groups were employed as acceptor units. Structure and purity of target chromophores were verified by thin layer chromatography, 1H and 13C NMR spectroscopy, HR-MALDI mass spectrometry and elemental analysis. Structure-property relationships were investigated by differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis, electrochemistry, UV-VIS absorption spectroscopy and SHG and THG experiments. The achieved results were also supported by theoretical DFT calculations., Fakulta chemicko-technologická

This work deals with the design, synthesis, characterization and physico-chemical properties of indane-1,3-dione based push-pull chromophores. All target chromophores were prepared via. knoevenagel condensation followed by Suzuki-Miyaura or Sonogashira cross-coupling reaction. Their structure and properties were further investigated by X-ray analysis, electrochemistry, UV/Vis absorption spectroscopy, differerential scanning calorimetry, electric-fild-induced second-harmonic generation (EFISHG) studies and DFT calkulations. Structure-property relationships were elucidated., Tato práce se zabývá designem, syntézou, charakterizací a fyzikálně-chemickými vlastnostmi push-pull chromoforů založených na indan-1,3-dionu. Všechny cílové chromofory byly připraveny Knoevenagelovou kondenzací a následně Suzukiovou- Miyaurovou nebo Sonogashirovou cross-coupling reakcí. Jejich struktura a vlastnosti byly zkoumány pomocí rentgenové analýzy, elektrochemie, UV/Vis absorpční spektroskopie, diferenční skenovací kalorimetrie, elektrickým polem indukované druhé harmonické generace (EFISHG) studie a DFT výpočty. Byly vyvozeny vztahy typu struktura-vlastnosti., Fakulta chemicko-technologická

Byla provedena literární rešerše zaměřená na využití a přípravu push-pull chromoforů s pyridinem (pyridiniem) jako akceptorní jednotkou. Byla nalezena řada způsobů aplikace zmiňovaných sloučenin v oblasti materiálové chemie využívajících nejen jejich lineárních, ale i nelineárních optických vlastností. Nalezené přípravy těchto derivátů spočívají především v aplikaci moderních cross-couplingových reakcí (Sonogashirova, Suzukiho-Miyaurova, Heckova). S využitím těchto reakcí bylo připraveno celkem šest derivátů, které byly následně N-methylací převedeny na příslušné pyridinové soli. Celkem tak bylo připraveno dvanáct finálních push-pull sloučenin s rozdílnou délkou -systému a uspořádáním. Struktura a čistota sloučenin byly ověřeny pomocí TLC, bodů tání, HR-MALDI-MS, 1H- a 13C-NMR. Optické vlastnosti byly zkoumány pomocí UV-Vis spektrofotometrie. Elektronové a nelineárně optické vlastnosti cílových derivátů byly rovněž studovány semi-empirickými výpočetními metodami typu PM3 a PM7., ANNOTATION A literary search work focusing on the application and synthesis of push-pull chromophores with pyridine (pyridinium) acceptor has been carried out. Several applications utilizing their linear and nonlinear optical properties have been found in material chemistry. The synthetic methods leading to such compounds mostly involve modern cross-coupling reactions (Sonogashira, Suzuki-Miyaura, Heck). Employing these methods, six target derivatives have been synthesized and subsequently transformed to their salts by N-alkylation. The structure and purity of all target compounds have been verified by TLC, melting points, HR-MALDI, 1H- and 13C- NMR as well. The linear optical properties have been studied by UV-Vis spectra. The electronic and nonlinear optical properties have been studied by semi-empirical calculations employing PM3 and PM7 methods., Ústav organické chemie a technologie, Otázky oponenta: Možnost selektivní methylace u derivátů obsahující více pyridinových skupin. Využití Knoevenagelovy kondenzace při syntéze cílových derivátů.- Porovnání přenosu náboje přes dvojnou a trojnou vazbu.- Možnosti hydrogenace trojných vazeb.- 13C NMR spektrum derivátu s chránící silylovou skupinou.- Diskuse nad dalaím využitím cílových derivátů.Otázky byly uspokojivě zodpovězeny.

Byla provedena literární rešerše zaměřená na přípravu a využití organických chromoforů s vnitřním přenosem náboje ve tvaru písmene X. Bylo nalezeno několik postupů k přípravě 4,5-dihalogenbenzen-1,2-dikarbonitrilů, které byly dále modifikovány cross-coupling reakcemi. Celkem bylo syntetizováno deset nových chromoforů ve tvaru písmene X a ty byly dále zkoumány výpočetními metodami, pomocí UV-Vis absorpční a emisní spektroskopie, RTG analýzou a elektrochemií., A literature search work concerning the synthesis and application of organic X-shaped chromophores featuring intramolecular charge-transfer has been performed. Several synthetic pathways towards 4,5-dihalogenbenzene-1,2-dicarbonitriles have been found. These molecules were further modified by cross-coupling reactions. Overall ten novel X-shaped chromophores have been synthesized and further investigated by the calculations, UV-Vis absorption and emission spectroscopy, X-ray analysis and electrochemistry., Ústav organické chemie a technologie, Konformace uskupení vázaných na trojnou vazbu a s tím související míra konjugace? Sterický vliv obou řetězců pi-můstků? Způsob dělení mono- a biscouplovaných produktů? Možnosti dalšího využití cílových látek? Použití oLED materiálů? Použití jodderivátů jako výchozích látek? Studentka uspokojivě zodpověděla položené dotazy.

V níže uvedeném textu byl zpracován přehled publikovaných syntéz derivátů acenaftenu, obsahujících ve své struktuře silné elektronakceptorní skupiny. Některé nalezené postupy syntéz byly laboratorně ověřeny. Tyto látky mohou být dále využity pro přípravu složitějších molekul, nalézajících uplatnění v materiálech pro nelineární optiku (NLO), optoelektroniku (OE), moderní aplikační procesy nebo jako barviva. Práce byla rozdělena do dvou částí. První, teoretická část práce, je věnována rešerši dostupných literárních zdrojů, obsahujících syntézy derivátů acenaftenu a postupy pro následnou modifikaci molekul. Druhá, experimentální část, obsahuje informace o provedených laboratorních přípravách a následných pokusech., The text below was prepared as a review of published syntheses acenaphthene derivatives, containing strong electron acceptor groups in its structures. Some results of laboratory procedures have been veirifed by synthesis. These substances can be further used for preparation of more complex molecules, found in the application materials for nonlinear optics (NLO) optoelectronics (OE), modern application process or as a dye. The work was divided into two parts. The theoretical part is devoted to a search of available literature sources containing a synthesis of derivatives of acenaphthene and procedures for the subsequent modification of the molecules. The second, experimental part, include information about the preparation and subsequent laboratory experiments., Ústav organické chemie a technologie, Jakými způsoby byl čištěn 5,6-dinitroacenaften? Byly detekovány eventuální další polohové izomery? Byla zkoušena principiálně opačná strategie kondenzační syntézy heteroaromatického skeletu? Student uspokojivě zodpověděl položené dotazy.

Tato práce se zabývá vývojem metody pro stanovování dvoufotonových absorpčních parametrů a její následnou aplikací na nových látkách. V teoretické části jsou popsány děje dvoufotonové absorpce, nejpoužívanější metody ke stanovování dvoufotonových průřezů, podpořená rešerší v oblasti dosud zkoumaných molekul. Molekuly, kterými se tato práce zabývá jsou Rhodamin B a Rhodamin 6G, které jsou použity jako standardy pro vytvoření metodiky měření a ověření vyvinuté metody. Dále jsou zkoumány čtyři deriváty Diketopyrrolopyrrolů (U24, U37, U49 a U50) v roztocích DMSO, toluenu, acetonu a~chloroformu. Pro všechny látky byly experimentálně zjištěny základní optické vlastnosti - absorpční a emisní spektra. Dvoufotonové absorpční charakteristiky se podařilo získat pomocí pikosekundového laseru a~metody měření dvoufotonově excitované fluorescence (TPEF). Srovnáním zjištěných TPA průřezů a TPA spekter Rhodaminu B a Rhodaminu 6G s publikovanými daty se podařilo ověřit vytvořenou metodiku. Dále se práce zaměřuje na absorpční a emisní solvatační děje vybraných nových Diketopyrrolopyrrolů, z kterých lze usuzovat jejich dvoufotonové vlastnosti. Nakonec jsou v práci diskutována TPA spektra těchto nových chromoforů. Výsledkem práce je vyvinutá metoda měření dvoufotonových vlastností připravená pro budoucí využití. Dosažené výsledky umožňují další rozsáhlejší zkoumání molekul za použití naměřených standardů Rhodaminu B a 6G a navázání na průzkum vlastností Diketopyrrolopyrrolů., This work deals with a development of a method for determination of two-photon parametres and its application. The theoretical part includes a description of two-photon absorption processes, most frequently used methods to determine two-photon cross sections and a summary of molecules researched to date in the field. The molecules studied in this work are Rhodamin B and Rhodamin 6G in ethanol, which are applied as standards for the implementation of the method. After that, Diketopyrrolopyrroles U24, U37, U49 and U50 dissolved in DMSO, toluene, acetone and chloroform, are researched. Basic optical characteristics - absoption and emission spectra were experimentally acquired for all the materials. Two-photon characteristics were obtained using a picosecond laser and a Two-Photon Excited Fluorescence (TPEF) method. TPA cross-sections and TPA spectra of Rhodamin B and Rhodamin 6G were measured and discussed. Subsequently, this work focuses on absorption and emission solvatation processes of the selected Diketopyrrolopyrroles. These processes indicate their two-photon efficiency. Finally, TPA spectra of the substances are discussed. Contribution of this work is a developed method for measuring the two-photon characteristics suitable for further use. The outcomes achived, enable extensive research of the Diketopyrrolopyrrols characteristics with the use of the measured standards of the Rhodamin B and Rhodamin 6G.

Tato práce se zabývá vývojem metody pro stanovování dvoufotonových absorpčních parametrů a její následnou aplikací na nových látkách. V teoretické části jsou popsány děje dvoufotonové absorpce, nejpoužívanější metody ke stanovování dvoufotonových průřezů, podpořená rešerší v oblasti dosud zkoumaných molekul. Molekuly, kterými se tato práce zabývá jsou Rhodamin B a Rhodamin 6G, které jsou použity jako standardy pro vytvoření metodiky měření a ověření vyvinuté metody. Dále jsou zkoumány čtyři deriváty Diketopyrrolopyrrolů (U24, U37, U49 a U50) v roztocích DMSO, toluenu, acetonu a~chloroformu. Pro všechny látky byly experimentálně zjištěny základní optické vlastnosti - absorpční a emisní spektra. Dvoufotonové absorpční charakteristiky se podařilo získat pomocí pikosekundového laseru a~metody měření dvoufotonově excitované fluorescence (TPEF). Srovnáním zjištěných TPA průřezů a TPA spekter Rhodaminu B a Rhodaminu 6G s publikovanými daty se podařilo ověřit vytvořenou metodiku. Dále se práce zaměřuje na absorpční a emisní solvatační děje vybraných nových Diketopyrrolopyrrolů, z kterých lze usuzovat jejich dvoufotonové vlastnosti. Nakonec jsou v práci diskutována TPA spektra těchto nových chromoforů. Výsledkem práce je vyvinutá metoda měření dvoufotonových vlastností připravená pro budoucí využití. Dosažené výsledky umožňují další rozsáhlejší zkoumání molekul za použití naměřených standardů Rhodaminu B a 6G a navázání na průzkum vlastností Diketopyrrolopyrrolů., This work deals with a development of a method for determination of two-photon parametres and its application. The theoretical part includes a description of two-photon absorption processes, most frequently used methods to determine two-photon cross sections and a summary of molecules researched to date in the field. The molecules studied in this work are Rhodamin B and Rhodamin 6G in ethanol, which are applied as standards for the implementation of the method. After that, Diketopyrrolopyrroles U24, U37, U49 and U50 dissolved in DMSO, toluene, acetone and chloroform, are researched. Basic optical characteristics - absoption and emission spectra were experimentally acquired for all the materials. Two-photon characteristics were obtained using a picosecond laser and a Two-Photon Excited Fluorescence (TPEF) method. TPA cross-sections and TPA spectra of Rhodamin B and Rhodamin 6G were measured and discussed. Subsequently, this work focuses on absorption and emission solvatation processes of the selected Diketopyrrolopyrroles. These processes indicate their two-photon efficiency. Finally, TPA spectra of the substances are discussed. Contribution of this work is a developed method for measuring the two-photon characteristics suitable for further use. The outcomes achived, enable extensive research of the Diketopyrrolopyrrols characteristics with the use of the measured standards of the Rhodamin B and Rhodamin 6G.

Tato práce se zabývá vývojem metody pro stanovování dvoufotonových absorpčních parametrů a její následnou aplikací na nových látkách. V teoretické části jsou popsány děje dvoufotonové absorpce, nejpoužívanější metody ke stanovování dvoufotonových průřezů, podpořená rešerší v oblasti dosud zkoumaných molekul. Molekuly, kterými se tato práce zabývá jsou Rhodamin B a Rhodamin 6G, které jsou použity jako standardy pro vytvoření metodiky měření a ověření vyvinuté metody. Dále jsou zkoumány čtyři deriváty Diketopyrrolopyrrolů (U24, U37, U49 a U50) v roztocích DMSO, toluenu, acetonu a~chloroformu. Pro všechny látky byly experimentálně zjištěny základní optické vlastnosti - absorpční a emisní spektra. Dvoufotonové absorpční charakteristiky se podařilo získat pomocí pikosekundového laseru a~metody měření dvoufotonově excitované fluorescence (TPEF). Srovnáním zjištěných TPA průřezů a TPA spekter Rhodaminu B a Rhodaminu 6G s publikovanými daty se podařilo ověřit vytvořenou metodiku. Dále se práce zaměřuje na absorpční a emisní solvatační děje vybraných nových Diketopyrrolopyrrolů, z kterých lze usuzovat jejich dvoufotonové vlastnosti. Nakonec jsou v práci diskutována TPA spektra těchto nových chromoforů. Výsledkem práce je vyvinutá metoda měření dvoufotonových vlastností připravená pro budoucí využití. Dosažené výsledky umožňují další rozsáhlejší zkoumání molekul za použití naměřených standardů Rhodaminu B a 6G a navázání na průzkum vlastností Diketopyrrolopyrrolů., This work deals with a development of a method for determination of two-photon parametres and its application. The theoretical part includes a description of two-photon absorption processes, most frequently used methods to determine two-photon cross sections and a summary of molecules researched to date in the field. The molecules studied in this work are Rhodamin B and Rhodamin 6G in ethanol, which are applied as standards for the implementation of the method. After that, Diketopyrrolopyrroles U24, U37, U49 and U50 dissolved in DMSO, toluene, acetone and chloroform, are researched. Basic optical characteristics - absoption and emission spectra were experimentally acquired for all the materials. Two-photon characteristics were obtained using a picosecond laser and a Two-Photon Excited Fluorescence (TPEF) method. TPA cross-sections and TPA spectra of Rhodamin B and Rhodamin 6G were measured and discussed. Subsequently, this work focuses on absorption and emission solvatation processes of the selected Diketopyrrolopyrroles. These processes indicate their two-photon efficiency. Finally, TPA spectra of the substances are discussed. Contribution of this work is a developed method for measuring the two-photon characteristics suitable for further use. The outcomes achived, enable extensive research of the Diketopyrrolopyrrols characteristics with the use of the measured standards of the Rhodamin B and Rhodamin 6G.

V současnosti jsme svědky stále zvyšujících se nároku na rychlost přenosu a zpracování signálu a kapacitu pamet’ových zařízení. Proto se pozornost výzkumných pracovníku zaměřuje k plně optickým zařízením, která by mohla splnit zmíněné požadavky. Jednou z intenzívně zkoumaných možností je využití mikroprstencových optických rezonátoru. Při výzkumu je nutné využít numerických metod, které simulují šíření optického záření v dané struktuře. K tomuto účelu existuje celá rada metod, které se liší v efektivitě výpočtu, použitých aproximacích, i možnostech použití. Cílem této práce bylo vyvinout dvě jednoduché a praktické numerické metody pro modelování šíření pulzního záření v nelineárních vlnovodných strukturách. Přítom bylo požadováno, aby, na rozdíl od obecně známé a často využívané metody konečných diferencí v časové oblasti (FD-TD), bylo možné metody snadno aplikovat při studiu nelineárních struktur založených na mikroprstencových rezonátorech. Proto vyvinuté metody používají některé aproximace, zejména aproximaci pomalu proměnné obálky. Výhodou metod je vysoká rychlost a skromné požadavky na výpočetní zdroje. Obě metody vycházejí ze zkutečnosti, že naprostá většina nelineárních struktur založených na mikroprstencových rezonátorech se skládá ze dvou základních prvku: obyčejných vlnovodu a vlnovodných vazebních clenu. První metoda řeší vázané parciální diferenciální rovnice, které popisují šíření obálky pulzu ve struktuře. Přitom je použito tzv. „up-wind“ schéma vhodné pro parciální diferenciální rovnice popisující šíření vln. Druhá metoda vychází z první; rozdíl je v popisu vazby mezi dvěma vlnovody. Pokud se v první metodě uvažuje realistická vazba rozložená na určité délce, pak druhá metoda je založena na představě vazby nacházející se v jednom místě. Díky tomu je možné integrovat příslušné rovnice a dosáhnout výrazného urychlení výpočtu. Kvazianalytický charakter druhé metody umožňuje dále snadnou klasifikaci různých typu ustálených řešení. Vzhledem k těmto vlastno, The demand for more effective data-storage and faster signal processing is growing with every day. That is why the attention of the scientists is focused on the all-optical devices, which can improve the above mentioned requirements. Microring optical resonators are among the state of art devices, that are under consideration. There is a variety of numerical techniques to simulate processes occurring while the optical signal propagates in the microring resonator structure. They differ in its calculation effectivity, used approximations and possibilities of application. The aim of this work was to develop two simple and practical numerical methods for simulation of pulse propagation in nonlinear waveguide structures. It was also demanded, that opposed to the commonly known and frequently used finite-difference time-domain (FD-TD) method, the newly developed techniques could be easily applicable for the study of nonlinear structures based on microring resonators. That is why developed methods use some approximations, namely the slowly varying envelope approximation. The methods advantage is high speed and low requirements of computational resources. Both techniques are based on observation that waveguide structures that use microring optical resonators can be considered as composed of single waveguides and waveguide couplers. The first numerical technique solves coupled partial differential equations, which describe pulse envelope propagation in the structure. This method uses the “up-wind” scheme, which is suitable for the partial differential equations that describe the wave propagation. The second developed technique is derived from the first one. The difference between methods is in the treatment of the coupling between two waveguides. If in the first method the coupling is considered as the real one, distributed on the given length, in the second method the coupling is considered to be concentrated in one point. Due to this approximation it is possible to integra

V současnosti jsme svědky stále zvyšujících se nároku na rychlost přenosu a zpracování signálu a kapacitu pamet’ových zařízení. Proto se pozornost výzkumných pracovníku zaměřuje k plně optickým zařízením, která by mohla splnit zmíněné požadavky. Jednou z intenzívně zkoumaných možností je využití mikroprstencových optických rezonátoru. Při výzkumu je nutné využít numerických metod, které simulují šíření optického záření v dané struktuře. K tomuto účelu existuje celá rada metod, které se liší v efektivitě výpočtu, použitých aproximacích, i možnostech použití. Cílem této práce bylo vyvinout dvě jednoduché a praktické numerické metody pro modelování šíření pulzního záření v nelineárních vlnovodných strukturách. Přítom bylo požadováno, aby, na rozdíl od obecně známé a často využívané metody konečných diferencí v časové oblasti (FD-TD), bylo možné metody snadno aplikovat při studiu nelineárních struktur založených na mikroprstencových rezonátorech. Proto vyvinuté metody používají některé aproximace, zejména aproximaci pomalu proměnné obálky. Výhodou metod je vysoká rychlost a skromné požadavky na výpočetní zdroje. Obě metody vycházejí ze zkutečnosti, že naprostá většina nelineárních struktur založených na mikroprstencových rezonátorech se skládá ze dvou základních prvku: obyčejných vlnovodu a vlnovodných vazebních clenu. První metoda řeší vázané parciální diferenciální rovnice, které popisují šíření obálky pulzu ve struktuře. Přitom je použito tzv. „up-wind“ schéma vhodné pro parciální diferenciální rovnice popisující šíření vln. Druhá metoda vychází z první; rozdíl je v popisu vazby mezi dvěma vlnovody. Pokud se v první metodě uvažuje realistická vazba rozložená na určité délce, pak druhá metoda je založena na představě vazby nacházející se v jednom místě. Díky tomu je možné integrovat příslušné rovnice a dosáhnout výrazného urychlení výpočtu. Kvazianalytický charakter druhé metody umožňuje dále snadnou klasifikaci různých typu ustálených řešení. Vzhledem k těmto vlastno, The demand for more effective data-storage and faster signal processing is growing with every day. That is why the attention of the scientists is focused on the all-optical devices, which can improve the above mentioned requirements. Microring optical resonators are among the state of art devices, that are under consideration. There is a variety of numerical techniques to simulate processes occurring while the optical signal propagates in the microring resonator structure. They differ in its calculation effectivity, used approximations and possibilities of application. The aim of this work was to develop two simple and practical numerical methods for simulation of pulse propagation in nonlinear waveguide structures. It was also demanded, that opposed to the commonly known and frequently used finite-difference time-domain (FD-TD) method, the newly developed techniques could be easily applicable for the study of nonlinear structures based on microring resonators. That is why developed methods use some approximations, namely the slowly varying envelope approximation. The methods advantage is high speed and low requirements of computational resources. Both techniques are based on observation that waveguide structures that use microring optical resonators can be considered as composed of single waveguides and waveguide couplers. The first numerical technique solves coupled partial differential equations, which describe pulse envelope propagation in the structure. This method uses the “up-wind” scheme, which is suitable for the partial differential equations that describe the wave propagation. The second developed technique is derived from the first one. The difference between methods is in the treatment of the coupling between two waveguides. If in the first method the coupling is considered as the real one, distributed on the given length, in the second method the coupling is considered to be concentrated in one point. Due to this approximation it is possible to integra

Tato práce se zabývá vývojem metody pro stanovování dvoufotonových absorpčních parametrů a její následnou aplikací na nových látkách. V teoretické části jsou popsány děje dvoufotonové absorpce, nejpoužívanější metody ke stanovování dvoufotonových průřezů, podpořená rešerší v oblasti dosud zkoumaných molekul. Molekuly, kterými se tato práce zabývá jsou Rhodamin B a Rhodamin 6G, které jsou použity jako standardy pro vytvoření metodiky měření a ověření vyvinuté metody. Dále jsou zkoumány čtyři deriváty Diketopyrrolopyrrolů (U24, U37, U49 a U50) v roztocích DMSO, toluenu, acetonu a~chloroformu. Pro všechny látky byly experimentálně zjištěny základní optické vlastnosti - absorpční a emisní spektra. Dvoufotonové absorpční charakteristiky se podařilo získat pomocí pikosekundového laseru a~metody měření dvoufotonově excitované fluorescence (TPEF). Srovnáním zjištěných TPA průřezů a TPA spekter Rhodaminu B a Rhodaminu 6G s publikovanými daty se podařilo ověřit vytvořenou metodiku. Dále se práce zaměřuje na absorpční a emisní solvatační děje vybraných nových Diketopyrrolopyrrolů, z kterých lze usuzovat jejich dvoufotonové vlastnosti. Nakonec jsou v práci diskutována TPA spektra těchto nových chromoforů. Výsledkem práce je vyvinutá metoda měření dvoufotonových vlastností připravená pro budoucí využití. Dosažené výsledky umožňují další rozsáhlejší zkoumání molekul za použití naměřených standardů Rhodaminu B a 6G a navázání na průzkum vlastností Diketopyrrolopyrrolů., This work deals with a development of a method for determination of two-photon parametres and its application. The theoretical part includes a description of two-photon absorption processes, most frequently used methods to determine two-photon cross sections and a summary of molecules researched to date in the field. The molecules studied in this work are Rhodamin B and Rhodamin 6G in ethanol, which are applied as standards for the implementation of the method. After that, Diketopyrrolopyrroles U24, U37, U49 and U50 dissolved in DMSO, toluene, acetone and chloroform, are researched. Basic optical characteristics - absoption and emission spectra were experimentally acquired for all the materials. Two-photon characteristics were obtained using a picosecond laser and a Two-Photon Excited Fluorescence (TPEF) method. TPA cross-sections and TPA spectra of Rhodamin B and Rhodamin 6G were measured and discussed. Subsequently, this work focuses on absorption and emission solvatation processes of the selected Diketopyrrolopyrroles. These processes indicate their two-photon efficiency. Finally, TPA spectra of the substances are discussed. Contribution of this work is a developed method for measuring the two-photon characteristics suitable for further use. The outcomes achived, enable extensive research of the Diketopyrrolopyrrols characteristics with the use of the measured standards of the Rhodamin B and Rhodamin 6G.

V současnosti jsme svědky stále zvyšujících se nároku na rychlost přenosu a zpracování signálu a kapacitu pamet’ových zařízení. Proto se pozornost výzkumných pracovníku zaměřuje k plně optickým zařízením, která by mohla splnit zmíněné požadavky. Jednou z intenzívně zkoumaných možností je využití mikroprstencových optických rezonátoru. Při výzkumu je nutné využít numerických metod, které simulují šíření optického záření v dané struktuře. K tomuto účelu existuje celá rada metod, které se liší v efektivitě výpočtu, použitých aproximacích, i možnostech použití. Cílem této práce bylo vyvinout dvě jednoduché a praktické numerické metody pro modelování šíření pulzního záření v nelineárních vlnovodných strukturách. Přítom bylo požadováno, aby, na rozdíl od obecně známé a často využívané metody konečných diferencí v časové oblasti (FD-TD), bylo možné metody snadno aplikovat při studiu nelineárních struktur založených na mikroprstencových rezonátorech. Proto vyvinuté metody používají některé aproximace, zejména aproximaci pomalu proměnné obálky. Výhodou metod je vysoká rychlost a skromné požadavky na výpočetní zdroje. Obě metody vycházejí ze zkutečnosti, že naprostá většina nelineárních struktur založených na mikroprstencových rezonátorech se skládá ze dvou základních prvku: obyčejných vlnovodu a vlnovodných vazebních clenu. První metoda řeší vázané parciální diferenciální rovnice, které popisují šíření obálky pulzu ve struktuře. Přitom je použito tzv. „up-wind“ schéma vhodné pro parciální diferenciální rovnice popisující šíření vln. Druhá metoda vychází z první; rozdíl je v popisu vazby mezi dvěma vlnovody. Pokud se v první metodě uvažuje realistická vazba rozložená na určité délce, pak druhá metoda je založena na představě vazby nacházející se v jednom místě. Díky tomu je možné integrovat příslušné rovnice a dosáhnout výrazného urychlení výpočtu. Kvazianalytický charakter druhé metody umožňuje dále snadnou klasifikaci různých typu ustálených řešení. Vzhledem k těmto vlastno, The demand for more effective data-storage and faster signal processing is growing with every day. That is why the attention of the scientists is focused on the all-optical devices, which can improve the above mentioned requirements. Microring optical resonators are among the state of art devices, that are under consideration. There is a variety of numerical techniques to simulate processes occurring while the optical signal propagates in the microring resonator structure. They differ in its calculation effectivity, used approximations and possibilities of application. The aim of this work was to develop two simple and practical numerical methods for simulation of pulse propagation in nonlinear waveguide structures. It was also demanded, that opposed to the commonly known and frequently used finite-difference time-domain (FD-TD) method, the newly developed techniques could be easily applicable for the study of nonlinear structures based on microring resonators. That is why developed methods use some approximations, namely the slowly varying envelope approximation. The methods advantage is high speed and low requirements of computational resources. Both techniques are based on observation that waveguide structures that use microring optical resonators can be considered as composed of single waveguides and waveguide couplers. The first numerical technique solves coupled partial differential equations, which describe pulse envelope propagation in the structure. This method uses the “up-wind” scheme, which is suitable for the partial differential equations that describe the wave propagation. The second developed technique is derived from the first one. The difference between methods is in the treatment of the coupling between two waveguides. If in the first method the coupling is considered as the real one, distributed on the given length, in the second method the coupling is considered to be concentrated in one point. Due to this approximation it is possible to integra

Tato práce se zabývá vývojem metody pro stanovování dvoufotonových absorpčních parametrů a její následnou aplikací na nových látkách. V teoretické části jsou popsány děje dvoufotonové absorpce, nejpoužívanější metody ke stanovování dvoufotonových průřezů, podpořená rešerší v oblasti dosud zkoumaných molekul. Molekuly, kterými se tato práce zabývá jsou Rhodamin B a Rhodamin 6G, které jsou použity jako standardy pro vytvoření metodiky měření a ověření vyvinuté metody. Dále jsou zkoumány čtyři deriváty Diketopyrrolopyrrolů (U24, U37, U49 a U50) v roztocích DMSO, toluenu, acetonu a~chloroformu. Pro všechny látky byly experimentálně zjištěny základní optické vlastnosti - absorpční a emisní spektra. Dvoufotonové absorpční charakteristiky se podařilo získat pomocí pikosekundového laseru a~metody měření dvoufotonově excitované fluorescence (TPEF). Srovnáním zjištěných TPA průřezů a TPA spekter Rhodaminu B a Rhodaminu 6G s publikovanými daty se podařilo ověřit vytvořenou metodiku. Dále se práce zaměřuje na absorpční a emisní solvatační děje vybraných nových Diketopyrrolopyrrolů, z kterých lze usuzovat jejich dvoufotonové vlastnosti. Nakonec jsou v práci diskutována TPA spektra těchto nových chromoforů. Výsledkem práce je vyvinutá metoda měření dvoufotonových vlastností připravená pro budoucí využití. Dosažené výsledky umožňují další rozsáhlejší zkoumání molekul za použití naměřených standardů Rhodaminu B a 6G a navázání na průzkum vlastností Diketopyrrolopyrrolů., This work deals with a development of a method for determination of two-photon parametres and its application. The theoretical part includes a description of two-photon absorption processes, most frequently used methods to determine two-photon cross sections and a summary of molecules researched to date in the field. The molecules studied in this work are Rhodamin B and Rhodamin 6G in ethanol, which are applied as standards for the implementation of the method. After that, Diketopyrrolopyrroles U24, U37, U49 and U50 dissolved in DMSO, toluene, acetone and chloroform, are researched. Basic optical characteristics - absoption and emission spectra were experimentally acquired for all the materials. Two-photon characteristics were obtained using a picosecond laser and a Two-Photon Excited Fluorescence (TPEF) method. TPA cross-sections and TPA spectra of Rhodamin B and Rhodamin 6G were measured and discussed. Subsequently, this work focuses on absorption and emission solvatation processes of the selected Diketopyrrolopyrroles. These processes indicate their two-photon efficiency. Finally, TPA spectra of the substances are discussed. Contribution of this work is a developed method for measuring the two-photon characteristics suitable for further use. The outcomes achived, enable extensive research of the Diketopyrrolopyrrols characteristics with the use of the measured standards of the Rhodamin B and Rhodamin 6G.