Search

Актуальність теми через велике зростання кількості рекупераційновентиляційних систем є нагальна необхідність в оптимізації режимів роботи вентиляційного обладнання та зменшенні витрат енергії в системах активної вентиляції приміщень, а також розробки зручних систем керування цими процесами. Оскільки дія подібних приладів базується на законах фізики, є потреба в розширенні програми підготовки студентів фізичних та технічних спеціальностей і створені комплексної лабораторної роботи, яка б поєднувала побудову теоретичної моделі, створення комп’ютерної симуляції та проведення експерименту з відповідної тематики. Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами Об’єкт дослідження теплообмінні прилади, рекупераційно-вентиляційні системи. Предмет дослідження процеси теплообміну у рекупераційно-вентиляційних системах. Мета роботи створення методики комплексного дослідження процесів теплообміну в рекупераційно-вентиляційних системах як частини програми підготовки студентів фізичних та технічних спеціальностей. Методи дослідження використання рівнянь масопереносу та теплообміну для моделювання фізичних процесів в рекуператорах. Використання середовища Comsol для створення комп’ютерної моделі для створення відповідних процесів. Розробка програмного забезпечення для керування фізичними процесами в рекуператорах. Задачі дослідження – створити інтерфейс контролю фізичних процесів перенесення теплоносія в рекуператорі; – cтворити модель рекуператора в програмному забезпеченні Comsol; – розробити макет для експериментального дослідження процесів теплообміну в рекупераційно-вентиляційних системах; – розробити лабораторну роботу для студентів фізичних та технічнихспеціальностей. Наукова новизна одержаних результатів: розроблено лабораторну роботу для студентів фізичних та технічних спеціальностей, яка поєднує три методи дослідження: створення теоретичної моделі фізичних процесів теплообміну в рекуператорі; комп’ютерне моделювання та керування процесом; експериментальне дослідження. Практичне значення одержаних результатів: можливість використання розробленої лабораторної роботи в навчальному процесі для студентів фізичних та технічних спеціальностей. Апробація результатів дисертації: була зроблена доповідь на конференції «Нові технології: крок до майбутнього -2021» Actuality of theme due to the large increase in the number of recuperation and ventilation systems, there is an urgent need to optimize the operation of ventilation equipment and reduce energy consumption in active ventilation systems, as well as the development of convenient control systems for these processes. Since the operation of such devices is based on the laws of physics, there is a need to expand the training program for students of physical and technical specialties and create a comprehensive laboratory work that would combine the construction of a theoretical model, computer simulation and experiment on relevant topics. Relationship of work with scientific programs, plans, themes Object of research heat exchangers, recuperation and ventilation systems. Subject of research heat exchange processes in recuperation and ventilation systems. Purpose of work the purpose of this work is to create a methodology for a comprehensive study of heat transfer processes in recuperation and ventilation systems as part of the training program for students of physical and technical specialties. Research methods use of equations of mass transfer and heat transfer for modeling of physical processes in recuperators. Use the Comsol environment to create a computer model to create the appropriate processes. Development of software for control of physical processes in recuperators. Tasks of research - to create the interface of control of physical processes of transfer of the heat carrier in a recuperator; - create a model of the recuperator in the Comsol software; - to develop a model for experimental research of heat exchange processes in recuperation and ventilation systems; - to develop laboratory work for students of physical and technical specialties. Scientific novelty of the results developed laboratory work for students of physical and technical specialties, which combines three research methods: creating atheoretical model of physical processes of heat transfer in the recuperator; computer modeling and process control; experimental research. Approbation of the results of the dissertation a report was made at the conference "New technologies: a step towards the future -2021".

Актуальність теми: через подальше зростання кількості систем вентиляції та підвищення нормування характеристик повітря є нагальна необхідність в оптимізації режимів роботи вентиляційного обладнання та необхідність зменшення витрат енергії в системах активної вентиляції приміщень та необхідність розробки зручних систем керування цими процесами. Об’єкт дослідження: рекупераційно-вентиляційні системи. Предмет дослідження: фізичні процеси у рекупераційно-вентиляційних системах. Мета роботи: мета даної роботи полягає у розробці експериментальної моделі пластинчастого теплообмінника та аналізу факторів впливу на ефективність роботи вентиляційно-рекупераційних систем. Розробити програмне забезпечення контролю фізичних процесів перенесення теплоносія в рекуператорі. Методи дослідження: комп’ютерне моделювання фізичних процесів у середовищі С++, дослідження якості повітря за допомогою датчика MQ135. Відомості про обсяг звіту, кількість ілюстрацій, таблиць, додатків і літературних найменувань за переліком використаних джерел: обсяг звіту - 82 сторіноки: рисунків - 45 , використаної літератури – 53. Мета індивідуального завдання, використані методи та отримані результати: розробити електронну схему керування процесом вентиляції в модельованому приміщенні та програмне забезпечення контролю фізичних процесів перенесення теплоносія в рекуператорі. При виконанні цих завдань було задіяно комп’ютерне моделювання фізичних процесів у середовищі С++ тадослідження якості повітря за допомогою датчика MQ135. Після виконаних всіх задач було розроблено метод контролю роботи рекупераційно-вентиляцйних систем за допомогою нового оригінального програмного забезпечення. Дані результати отримані в магістерській роботі є важливими для подальших робіт при оптимізації енерговитрат, використовуючи подібне обладнання для енергозберігаючої вентиляції приміщення. Topicality: due to further growth in the number of ventilation systems and increasing the standardization of air characteristics, there is an urgent need to optimize the operation of ventilation equipment and the need to reduce energy consumption in active ventilation systems and the need to develop convenient control systems. Object of research: recuperation and ventilation systems. Subject of research: physical processes in recuperation and ventilation systems. Purpose of work: he purpose of this work is to develop an experimental model of a plate heat exchanger and analysis of factors influencing the efficiency of ventilationand recovery systems. Develop software to control the physical processes of coolant transfer in the recuperator. Research methods: computer simulation of physical processes in C ++ environment, air quality research using MQ135 sensor. The article contains: used literature - 53, pages: - 82, pictures - 45 The purpose of the individual task, the methods used and the results obtained:to develop an electronic control circuit for the ventilation process in the simulated room and software to control the physical processes of heat transfer in the recuperator. These tasks involved computer simulations of physical processes in a C ++ environment and air quality studies using the MQ135 sensor. After completing all the tasks, a method was developed to control the operation of recuperation and ventilation systems using new original software. These results obtained in the master's thesis are important for further work in the optimization of energy consumption, using similar equipment for energy-saving ventilation.

У даній магістерській дисертації проведено дослідження можливості використання методу просторового розподілу випромінювання та зонного аналізу фотометричних зображень плями розсіяння для ідентифікації біологічних тканин. Дисертаційна робота складається з чотирьох розділів та викладена на … сторінках. Також містить 135 таблиць, 41 рисунків, 3 додатки та 41 літературних джерел. В першому розділі на основі аналізу анатомічних особливостей здорових та патологічних тканин, а також методів їх дослідження запропоновано використання оптичних методів, що базуються на аналізі розсіяння світла біологічними середовищами, для їх ідентифікації. В другому розділі висунуто основні вимоги до комп’ютерно інтегрованої системи ідентифікації біологічних тканини, на основі яких обрано метод дослідження, а саме фотометрію з використанням еліпсоїдальних рефлекторів. Для аналізу отриманих даних обрано метод перетинів та зонний аналіз. В третьому розділі проведено експериментальні дослідження на тканинах печінки свині та корови, а також шкіри з різним часом термічного пошкодження, та встановлено можливість ідентифікації за допомогою методу зонного аналізу. Метод просторового розподілу виявився менш ефективними. In this master's thesis the possibility of using the method of spatial distribution of radiation and the zone analysis of photometric images of the scattering spot for identification of biological tissues was carried out. The dissertation consists of four sections and is presented on 135 pages. Also contains 41 tables, 41 figures, appendices and… literary sources. In the first section, based on the analysis of anatomical features of healthy and pathological tissues, as well as methods of their study, the use of optical methods based on the analysis of light scattering by biological media is proposed to identify them. The second section sets out the basic requirements for a computer-integrated biological tissue identification system, based on which the research method is chosen, namely photometry using ellipsoidal reflectors. The intersection method and the zone analysis were selected to analyze the data obtained. In the third section, experimental studies were performed on the tissues of pig and cow liver, as well as skin with different time of thermal damage, and the possibility of identification using the zone analysis method was established. The spatial distribution method was less effective.

У даній магістерській дисертації проведено дослідження технологіних засад виготовлення інтегруючої сфери біомедичного фотометру та обрано за основу 3Д друк з АБС пластику. Дисертаційна робота складається з 4 розділів та викладення на 90 сторінках. Також містить 41 таблицю, 42 рисунки та 3 додатки. В першому розділі на основі аналізу літературних джерел обґрунтовано доцільність виготовлення інтегруючої сфери, що меже бути використана при проектуванні біомедичного спектрофотометру. Проведено порівняння методів виготовлення сфер та обрано за основу 3Д-друк. В другому розділі описано передумови створення інтегруючої сфери, а також етапи виготовлення. Описано процес виготовлення та наведено кінцевий результат у вигляді макету інтегруючої сфери. Розроблено приймальний канал, а також експериментальну установку спектрофотометру. В третьому розділі проведено експериментальні дослідження на біологічних зразках за допомогою розробленої установки. В четвертому розділі запропоновано впровадження розробленого спектрофотометру. In this master's thesis the technological foundations of manufacturing integrating sphere of biomedical photometer were carried out and 3D printing from ABS plastic was chosen as the basis. The dissertation consists of 4 sections and 90 pages of presentation. Also contains 41 tables, 42 figures and 3 appendices. In the first section, the feasibility of manufacturing an integrating sphere that can be used in the design of a biomedical spectrophotometer is substantiated on the basis of the analysis of the literature. Comparison of methods of sphere production is made and 3D printing is chosen as the basis. The second section describes the prerequisites for creating an integrating sphere as well as the manufacturing steps. The manufacturing process is described and the final result is presented in the form of an integrating sphere layout. The receiving channel and the experimental setup of the spectrophotometer were developed. In the third section, experimental studies on biological samples were carried out using a developed installation. In the fourth section the introduction of the developed spectrophotometer is proposed.

Розроблено аналітичні моделі для проведення розрахунків вмісту кисню в крові при лазеротерапії. Результати проведених розрахунків та досліджень дозволили визначити та обґрунтувати необхідну тривалість часу досягнення ефекту впливу оптичного випромінювання на показники крові в залежності від типу шкіри. Зроблено висновок проте, що можна контролювати локальну концентрацію вільного молекулярного кисню у тканинах.

У статті розглянуто суть неінвазивного методу діагностики наявності глюкози у крові. Описано суть методу комбінаційного розсіяння світла, Раман-спектроскопії, який є базовим для розробки приладу. Приведено результати розробки приладу, а саме графіки залежності коефіцієнту поглинання від довжин хвиль для розчинів з різною концентрацією глюкози, а також функціональну схему приладу, в яку входять нові технологічні рішення, а саме еліпсоїдальні рефлектори, які використані з метою підвищення кількості корисного сигналу. Використання методу Раман-спектроскопії в сукупністю з отриманими даними,а також з використанням створеної функціональної схеми і нових технологічних рішень дає змогу створити прилад, який за своїми характеристиками і точністю отриманих результатів буде на рівні інвазивного методу.

Анотація: у статті розглянуто основні принципи побудови оптичних когерентних ретинометрів. Розкрито актуальність використання приладу на основі інтерферометрії. На основі розробленої узагальненої функціональної схеми проаналізовано основні складові ретинометру та доцільність їх використання. Обґрунтовано та запропоновано розробку ретинометру з використанням відеоканалу візуалізації.

У даній роботі приведено аналіз та особливості роботи оптичних неінвазивних методів визначення концентрації глюкози в крові. Виділено особливості формування лазерного пучка променів для здійснення раманівської спектроскопії. За допомогою методу Монте Карло проведено моделювання взаємодії пучків променів різного діаметру з поверхневими шарами шкіри людини та отримано фотометричні зображення плями розсіяння у відбитому та пропущеному світлі.

В даній роботі було розглянуто методи корекції порушення нервової системи та суть системи нейропротезування передпліччя. Розроблено і описано класифікацію по корекції порушень нервової системи та запропоновано блок-схему реалізації роботи нейропротезу.

Розроблено макетний зразок мiкролазеру з напiвпровiдниковою накачкою та пасивною модуляцiєю добротностi на основi ванадиту iтрiю. Отриманi часовi та характеристики потужностi вищезгаданого лазеру. Цiль даної роботи – змоделювати мiкролазер з пасивною модуляцiєю добротностi i отримати його часовi характеристики та характеристики потужностi

Το οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO) ανήκει στην κατηγορία των διάφανων αγώγιμων οξειδίων και θεωρείται ως το ανόργανο υλικό που επιδεικνύει τη μεγαλύτερη ποικιλία χαμηλοδιάστατων νανοδομών. Νανοδομές διαφόρων μορφολογιών του ZnO αναπτύσσονται με πλήθος μεθόδων – με κυριότερες την αέρια μεταφορά σε υψηλή θερμοκρασία (VLS) και τη χημεία διαλυμάτων – και παρουσιάζουν μεγάλο εύρος πιθανών εφαρμογών σε τομείς όπως η οπτική, η οπτικοηλεκτρονική, οι αισθητήρες, η παραγωγή ενέργειας, οι βιοϊατρικές επιστήμες, κ.α. Παρά τη συστηματική έρευνα σχετικά με την ανάπτυξη των νανοδομών αυτών για πάνω από μια δεκαετία, η καθιέρωση μιας πειραματικής μεθοδολογίας ικανής να παρέχει με επαναλήψιμο τρόπο συγκεκριμένες μορφολογίες νανοδομών του ZnO είναι ακόμα ένα ανοικτό ερώτημα. Αυτό αποτελεί και μια από τις τρέχουσες ερευνητικές προκλήσεις αφού οι παραγόμενες μορφολογίες χαρακτηρίζονται από διαφορετικές φυσικές ιδιότητες ενώ είναι αρκετά ευαίσθητες σε μικρές μεταβολές των πειραματικών συνθηκών. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η συστηματική μελέτη του ρόλου διαφόρων παραμέτρων της σύνθεσης στα μορφολογικά χαρακτηριστικά και τις οπτικές ιδιότητες των νανοδομών του ZnO. Η ανάπτυξη των νανοδομών πραγματοποιήθηκε τόσο με αέρια μεταφορά σε υψηλή θερμοκρασία (VLS) όσο και με τη μέθοδο της κρυστάλλωσης σε υδατικά διαλύματα (CBD). Σκοπός είναι να κατανοηθεί πως συγκεκριμένες παράμετροι επηρεάζουν τη μορφολογία των νανοδομών, το μέγεθος, τις κατανομές των διαμέτρων των μονοδιάστατων νανονημάτων και τον προσανατολισμό αυτών στο υπόστρωμα. Στην πρώτη περίπτωση δόθηκε έμφαση στο ρόλο του πάχους του υμενίου του καταλύτη (Au), αλλά και στον τρόπο ανόπτησης αυτού ώστε να δημιουργηθεί η κατάλληλη μορφολογία του καταλύτη η οποία μέσω της ανάπτυξης με τη μέθοδο VLS επηρεάζει κατ’ επέκταση και τη μορφολογία των νανοδομών του ZnO. Έτσι, επιχρυσωμένα υποστρώματα πυριτίου (Si) με πάχος καταλύτη (h) από 2 nm έως 15 nm χρησιμοποιήθηκαν μετά από ανόπτησή τους σε διάφορες θερμοκρασίες και για διαφορετικούς χρόνους για την ανάπτυξη νανονημάτων ZnO. Διαπιστώθηκε ότι για πολύ λεπτά υμένια Au (h ≤ 3 nm) δημιουργούνται σφαιρικά νανοσωματίδια χρυσού και ο χρόνος ανόπτησης δεν επηρεάζει τη μορφολογία και την κατανομή μεγεθών. Για παχύτερα υμένια (h ≥ 5 nm), ανόπτηση για σύντομο χρόνο δεν επαρκεί για την ανάπτυξη νανοσωματιδίων αντίστοιχα με αυτά των λεπτών υμενίων. Στην περίπτωση αυτή, η αύξηση του χρόνου ανόπτησης ή/και αύξηση της θερμοκρασίας ανόπτησης είναι επιβεβλημένη για την ελάττωση του μέσου μεγέθους. Εν γένει, ανόπτηση σε χαμηλότερη θερμοκρασία (400 °C) για μεγάλο χρονικό διάστημα (30 λεπτά) μετατρέπει τα υμένια του Au σε νανοσωματίδια με ευρείες κατανομές μεγεθών και υψηλές μέσες τιμές. Η ανάπτυξη νανονημάτων ZnO εξαρτάται από το μέσο μέγεθος των νανοσωματιδίων του Au. Η ανάπτυξη παρεμποδίζεται στα μεγάλα μεγέθη νανοσωματιδίων Au αφού ο υπερκορεσμός τους με Zn και O είναι αργός. Ως εκ τούτου, για τα υμένια Au με πάχος μεγαλύτερο από ~10 nm η ανάπτυξη νανονημάτων του ZnO είναι εξαιρετικά περιορισμένη. Στη δεύτερη περίπτωση, εξετάστηκε διεξοδικά ένα πλήθος παραμέτρων όπως η συγκέντρωση των αντιδρώντων στο διάλυμα, η παρουσία οργανικών ενώσεων για τον έλεγχο της διαμέτρου, οι ιδιότητες του πρόδρομου υμενίου κρυστάλλωσης στο υπόστρωμα, ο χρόνος κρυστάλλωσης, κ.α. Γυάλινα αγώγιμα υποστρώματα (FTO) στα οποία είχε εναποτεθεί πρόδρομο υμένιο πυρηνοποίησης, χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή την περίπτωση για την ανάπτυξη νανονημάτων. Καλά προσανατολισμένες δομές κάθετες στο υπόστρωμα με διάμετρο ~30 nm και μήκος μέχρι ~7 μm δημιουργήθηκαν με χρήση 0.04 Μ ZnAc, 0.02 M HMTA, 0.16 M PEI και 0.04 M NH4OH σε υδατικό διάλυμα στους 95 οC. H χρονική διάρκεια των πειραμάτων κυμάνθηκε στο διάστημα 1 – 24 h. Η τιμή του pH του διαλύματος ήταν περίπου 7. Ο προσανατολισμός των νανοδομών χειροτέρευε με αύξηση του μήκους τους καθώς κάμπτονταν και ενώνονταν με τα γειτονικά τους. Επομένως, για την βελτίωση της δομής τους βρέθηκε ότι είναι απαραίτητη η ανανέωση του διαλύματος κάθε ~2.30 h. Οι παραχθείσες νανοδομές εξετάστηκαν με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM) και περίθλαση ακτίνων – Χ (XRD). Για την μελέτη των ατελειών στους κρυστάλλους του ZnO χρησιμοποιήθηκε η φασματοσκοπία Raman και η φασματοσκοπία φωτοφωταύγειας (Photoluminescence). Με την φασματοσκοπία Raman μελετήθηκαν οι τρόποι δόνησης των μορίων του υλικού, ενώ με τη φασματοσκοπία φωτοφωταύγειας η ύπαρξη ατελειών στον κρύσταλλο, όπως έλλειψη οξυγόνου, αντικατάσταση ψευδαργύρου με οξυγόνο, κλπ. Zinc oxide (ZnO) is one of the most important low dimensional semiconducting oxides owing to the amazing variety of the nanostructures it can form by means of various synthesis routes. The most important methods are the vapor deposition and the chemical bath deposition. ZnO nanostructures have attracted considerable attention in view of several applications they encounter such as optics – optoelectronics, sensors, energy production, biomedical sciences, etc. Despite systematic research concerning the rational growth of ZnO nanostructures for over a decade, the establishment of an experimental methodology capable of providing specific morphologies of ZnO nanostructures in a reproducible way is still an open question. This is also one of the current research challenges because the resulting morphologies are characterized by different physical properties and are quite sensitive to small changes in experimental conditions. The current work is aimed at providing a systematic study of the role of various growth parameters on the morphological features and the optical properties of ZnO nanostructures. Growth was achieved by catalyst-assisted (Au) vapor transport at high temperature (VLS) and by solution chemistry (CBD). It is important to gain understanding about how certain parameters affect the morphology of the nanostructures, the size distributions of the diameters and their orientation relative to the substrate. High temperature evaporation methods, such as the vapor-liquid-solid mechanism, have been exploited for the controlled growth of ZnO nanostructures on various substrates. While Au is the most frequently used catalyst for growing ZnO nanowires, its morphological features on the substrate, which determine the size and shape of the nanostructures grown, are not yet methodically explored. In the current work, we investigated the details of thermal dewetting of Au films into nanoparticles on Si substrates. Au films of various thicknesses, h, ranging from 2 to 15 nm, were annealed under slow and fast rates at various temperatures and the morphological details of the nanoparticles formed were investigated. The vapor-liquid-solid method was employed to investigate the role of the Au nanoparticles on the growth details of ZnO nanowires. Efficient and high throughput growth of ZnO nanowires, for a given growth time, is realized in cases of thin Au films, i.e. when the thickness is lower than 10 nm. In the second case, the influence of a number of parameters such as the thickness of the seed layer, the reactants concentration, the existence of organic compounds, the growth time, etc. on the growth of ZnO nanowires on conducting glass substrates (FTO) was examined. After parameter optimization it was found that ZnO nanowires grown have excellent orientation, perpendicular to the substrate, while their diameter and length were found to be ~30 nm and ~7 μm, respectively. The best growth conditions were achieved using 0.04 Μ ZnAc, 0.02 M HMTA, 0.16 M PEI and 0.04 M NH4OH. The reaction temperature was kept at 95 οC for 1 h to 24 h. The pH value was ~ 7. The alignment of ZnO nanowires deteriorates when their length increases; therefore neighboring nanowires bend forming bundles. This shortcoming has been overcome by employing the renewal of the solution every 2.30 h. The structure of ZnO nanowires was investigated by X-ray diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM). Raman scattering was used to study defects of ZnO nanostructures. New Raman modes, in comparison to the bulk crystal, have been assigned to finite size effects and phonon confinement in the nanostructures. Photoluminescence spectroscopy provides evidence for the type of the defects such as oxygen vacancies, zinc interstitials etc.

Ο όρος μη-γραμμική οπτική αντιπροσωπεύει τον κλάδο της οπτικής ο οποίος μελετά την αλληλεπίδραση της ύλης με ακτινοβολία πολύ ισχυρής έντασης. Όταν ένα υλικό εκτεθεί σε ακτινοβολία υψηλής έντασης όπως αυτή του laser, οι οπτικές του ιδιότητες αλλάζουν εξαιτίας της πόλωσης που επάγεται στα δομικά υλικά του και το αποτέλεσμα είναι η αλλαγή των οπτικών του ιδιοτήτων. Αυτό με τη σειρά του οδηγεί σε μια πληθώρα φαινομένων τα οποία μας βοηθούν στη κατανόηση της δομής του υλικού αλλά και των φυσικών μηχανισμών που κρύβονται πίσω από αυτά. Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία μελετώνται οι μη γραμμικές οπτικές ιδιότητες χρωμοφόρων τύπου BODIPY υπό μορφή διαλυμάτων. Η σύνθεση των μορίων έγινε στο Ινστιτούτο Φυσικοχημείας του ΕΚΕΦΕ ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ από την ερευνητική ομάδα του κ.Πιστόλη στα πλαίσια ενός έργου ΘΑΛΛΗ. Η διάρθωση της εργασίας είναι η εξής: Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή και παρουσιάζονται κάποιες βασικές έννοιες της μη γραμμικής οπτικής. Ενώ ταυτόχρονα αναπτύσσονται αναλυτικότερα μερικά φαινόμενα τα οποία οφείλονται στη μη γραμμική επιδεκτικότητα τρίτης τάξης. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται η παρουσίαση της πειραματικής τεχνικής Z-scan, που χρησιμοποιήθηκε για τη διεξαγωγή των πειραμάτων, αλλά και η διαδικασία που ακολουθήθηκε για την εξαγωγή των μη γραμμικών οπτικών ιδιοτήτων από τα πειραματικά δεδομένα. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα των συστημάτων που μελετήθηκαν. Αρχικά, παρουσιάζεται μια περιγραφή των ιδιαίτερων φωτοφυσικών ιδιοτήτων των μορίων BODIPY που μελετήθηκαν. 'Επειτα, ακολουθεί η μη γραμμική οπτική απόκριση των συστημάτων για διέγερση στα 532nm και 1064nm με παλμούς χρονικής διάρκειας 532ps και 4ns. Τέλος, ακολουθούν τα συμπεράσματα από τη μελέτη των συστημάτων και μια πρόταση για μελλοντική μελέτη. Nonlinear optics (NLO) is related to laser-matter interactions, as well as the changes which are induced in materials during their interaction with intense laser fields. Laser beams can provide strong enough electromagnetic fields, capable of inducing optical changes. In these cases the response of the material is not linearly dependent on the intensity of the electric field. The primary objective of this thesis was the investigation of the non-linear optical properties of BODIPY derivatives. In particular, we focused on the determination of the second-order hyperpolarizability in order to correlate the magnitude and the sign of the observed nonlinearities with their photophysical characteristics. The main experimental technique used was the Z-scan technique, employing 35 ps and 4 ns laser pulses at both 532 nm and 1064 nm. The molecules were synthesized by the research group of Dr. Pistolis at the Institute of Physical Chemistry NCSR ''Demokritos" as a part of the ''THALIS" programme. The structure of the thesis is as follows: In Chapter 1, the basic NLO phenomena and the corresponding related nonlinear optical parameters are introduced. In Chapter 2, the theoretical background of the Z-scan technique is briefly presented, while the Z-scan experimental set-up is fully described. In Chapter 3, experimental results on the NLO properties of the Bodipy derivatives are presented. The relationship between the nonlinear optical properties and photophysical properties of the derivatives is also considered. The conclusion summarizes the results of the NLO response of the BODIPY derivatives and details a proposal for future work..

Запропоновано розрахунок схеми голографічного запису на фотополімері фотонних структур, які створюються для отримання різноманітних дискретних бездифракційних пучків. Досліджено, як саме кількість, взаємне розміщення та відносні фазові зсуви записуючих лазерних пучків впливають на вид періодичного поперечного розподілу інтенсивності та фази в результуючій інтерференційній картині. Показано чисельно змодульовані такі види структур, як смугасті, квадратні, трикутні та гексагональні, зокрема, кагомні та чарункові. Спеціальним розрахунком початкових фазових зсувів змодельовано вихрові структури, які характеризуються точковими і лінійними фазовими дислокаціями. Наведені результати експериментального запису структур за розрахованою схемою. Виявлено, що внесення в схему запису додаткового центрального лазерного пучка дає можливість отримати ряд тривимірних структур. In this paper, we propose the technique for computing the scheme of holographic recording on the photopolymer of photonic structures, which create various discrete non-diffracting beams. We study how a number of laser beams, scheme geometry and relative phase shifts between laser beams impact the resultant transverse intensity and phase distribution in the interference structure. Moreover, we numerically model such structures as striped, triangular, square and hexagonal structures, specifically kagome and honeycomb pattern. By applying specific analysis of the beam phase shifts, we simulate vortex structures. These structures are characterized by point and line phase dislocations. We demonstrate experimental results of structures recording and show that adding the central laser beam to the recording scheme makes it possible to obtain a number of 3D structures. Предложен расчет схемы голографической записи на фотополимере фотонных структур, создаваемых для получения различных дискретных бездифракционных пучков. Исследовано, как именно, количество, взаимное расположение и относительные фазовые сдвиги записывающих лазерных пучков влияют на вид периодического поперечного распределения интенсивности и фазы в результирующей интерференционной картине. Показаны численно смоделированные такие виды структур как полосатые, квадратные, треугольные и гексагональные, в частности, кагомные и сотовые. Специальным расчетом начальных фазовых сдвигов смоделированы вихревые структуры, характеризующиеся точеч-ными и линейными фазовыми дислокациями. Приведены результаты экспериментальной записи структур по рассчитанной схеме. Установлено, что внесение в схему записи дополнительного центрального лазерного пучка позволяет получить ряд трехмерных структур.

Dissertação de mestrado em Optometria Avançada, Objectivo: Determinar se o tempo de recuperação no fotostress (TRF) foi afectado em pacientes com diabetes, cataratas e glaucoma. Métodos: Este estudo foi realizado numa clínica oftalmológica, durante um ano, usando cento e cinco pacientes com diagnóstico de glaucoma ou diabetes ou cataratas, bem como, cento e um pacientes sem patologia (controlos). A faixa etária destes pacientes estava compreendida entre os 43 e 74 anos de idade. O tempo de recuperação do fotostress (TRF) foi realizado iluminando o olho com um oftalmoscópio directo durante 30 segundos. O efeito da lateralidade (olho direito vs olho esquerdo) e da idade no TRF foi avaliado usando exclusivamente o grupo de controlo. O efeito das patologias no TRF foi avaliado comparando estatisticamente, em três grupos etários (43-54 anos, 55-64 anos e 65-74 anos), pacientes e controlos. Para cada grupo de idades só foram consideradas as patologias com mais de 6 pacientes. Resultados: A relação (regressão linear) entre a idade e o TRF foi estatisticamente significativa (ρ 0,05). Na faixa etária dos 43-54 anos, onde foram comparados os grupos de controlo e diabetes, foram encontradas diferenças estatisticamente significativas (ρ=0,012); na faixa etária dos 55-64 anos, onde foram comparados os grupos de controlo, diabetes e GPAA, não houve diferenças estatisticamente significativas (ρ=0,182); na faixa etária dos 65-74 anos, onde foram comparados os grupos de controlo, diabetes e as cataratas, também não houve diferenças estatisticamente significativas (ρ=0,107). Conclusões: O tempo de recuperação do fotostress aumenta com a idade. Na faixa etária mais jovem (43-54 anos) a diabetes teve um tempo de recuperação inferior à do grupo de controlo., Aim: This study aims to ascertain if the recovery time in photostress (PSRT) may be affected by pathologies such as diabetes or glaucoma or cataracts. Methods: This study took place in an ophthalmology clinic for a year, using one hundred and five patients diagnosed with diabetes or glaucoma or cataracts as well as one hundred and one controls. The age range of these patients was from 43 to 74 years. The PSRT was performed by illuminating the eye with a direct ophthalmoscope for 30 seconds. The effect of laterality (right eye vs left eye) and age in PSRT was evaluated using only the controls. The effect of pathologies in PSRT was evaluated comparing statistically, within each age group (43-54 years, 55-64 years and 65-74 years), patients and controls. For each age group were only considered pathologies over 6 patients. Results: The relationship (linear regression) between age and PSRT was statistically significant (ρ0.05). In the age group 43-54, the controls and diabetes were statistically significant different (ρ=0.012). In the age group 55-64, comparing controls, diabetes and POAG there were no statistically significant differences (ρ=0.182), as well as in the age group 65-74, when controls, diabetes and cataracts were compared (ρ=0.107). Conclusions: The PSRT increases with age. In the youngest age group (43-54 years) diabetes had a recovery time lower than the control group.

Ο όρος μη-γραμμική οπτική αντιπροσωπεύει τον κλάδο της οπτικής ο οποίος μελετά την αλληλεπίδραση της ύλης με ακτινοβολία πολύ ισχυρής έντασης. Όταν ένα υλικό εκτεθεί σε ακτινοβολία υψηλής έντασης όπως αυτή του laser, οι οπτικές του ιδιότητες αλλάζουν εξαιτίας της πόλωσης που επάγεται στα δομικά υλικά του και το αποτέλεσμα είναι η αλλαγή των οπτικών του ιδιοτήτων. Αυτό με τη σειρά του οδηγεί σε μία πληθώρα φαινομένων τα οποία μας βοηθούν στη κατανόηση της δομής του υλικού άλλα και των φυσικών μηχανισμών που κρύβονται πίσω από αυτά. Υλικά με μεγάλες μη-γραμμικες οπτικές ιδιότητες είναι πολύ χρήσιμα στην έρευνα και την ανάπτυξη πολλών κλάδων της τεχνολογίας. Σαν παράδειγμα μπορεί να αναφερθεί η ανάπτυξη των οπτικών και κβαντικών υπολογιστών, αλλά και τεχνολογιών οι οποίες μπορούν να βρουν εφαρμογή στις τηλεπικοινωνίες. Στη παρούσα εργασία μελετώνται οι μη-γραμμκές οπτικές ιδιότητες υλικών με μορφή διαλυμάτων. Η διάρθρωση της εργασίας είναι ως εξής: Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία εισαγωγή και παρουσιάζονται κάποιες βασικές έννοιες της μη-γραμμικής οπτικής. Έπειτα παρουσιάζεται ο τρόπος που μπορούν να εξαχθούν οι σχέσεις οι οποίες περιγράφουν τις μη-γραμμικές οπτικές ιδιότητες των υλικών όπως τη μη-γραμμική επιδεκτικότητα τρίτης τάξης με βάση τη κλασσική Φυσική και τη κβαντομηχανική. Το κεφάλαιο κλείνει παρουσιάζοντας μερικά φαινόμενα τα οποία οφείλονται στη μη-γραμμική επιδεκτικότητα τρίτης τάξης. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται η παρουσίαση των πειραματικών τεχνικών που χρησιμοποιήθηκαν για τη διεξαγωγή των πειραμάτων, αλλά και η διαδικασία που ακολουθήθηκε για την εξαγωγή των μη-γραμμικών οπτικών ιδιοτήτων από τα πειραματικά δεδομένα. Στα κεφάλαια που ακολουθούν παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα των συστημάτων που μελετήθηκαν. Πιο συγκεκριμένα στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα που προέκυψαν από τη μελέτη νανοσωματιδίων οξειδίων του σιδήρου καλυμμένων με πολυμερή αλλά και ακάλυπτων όταν διεγείρονταν με παλμούς laser χρονικής διάρκειας 35 ps και 4 ns και μήκη κύματος 532 nm και 1064 nm. Στόχος της μελέτης ήταν ο προσδιορισμός αν το πολυμερές που βρίσκεται αγκυροβολημένο στην επιφάνεια του νανοσωματιδίου ή απουσία αυτού έχει κάποια επίδραση στις μη-γραμμικές οπτικές ιδιότητες αυτών. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα της μελέτης των μικκυλιακών συστημάτων Pd για μήκη κύματος διέγερση 532 nm και 1064 nm. Η μελέτη έγινε για χρονικό εύρος παλμού laser 35 ps και 4 ns. Τα συμπολυμερή τα οποία σχημάτιζαν το μικκύλιο απέτρεπαν τη συσσωμάτωση των νανοσωματιδίων Pd και τη δημιουργία σταθερών κολλοειδών διαλυμάτων. Τα συμπολυμερή που χρησιμοποιήθηκαν επίσης δημιουργούσαν νανοδομές οι οποίες είχαν καλά ορισμένες διαστάσεις και σχήματα. Στόχος της μελέτης ήταν να διαπιστωθεί το κατά πόσο η διάσταση, το σχήμα καθώς και η αλλαγή του συμπολυμερούς επηρεάζουν τις μη-γραμμικές οπτικές των νανοδομών. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τη μελέτη οργανομεταλλικών ενώσεων διθειολενικών συμπλόκων. Η επίδραση των υποκαταστών του σκελετού του μορίου καθώς και του κεντρικού ατόμου της ένωσης εξετάστηκαν για παλμούς laser χρονικής διάρκειας 35 ps και μήκους κύματος 532 nm και 1064 nm. Στο έκτο και τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα που προέκυψαν από τη μελέτη δυαδικών συστημάτων φουλλερενίων δότη-αποδέκτη ηλεκτρονίων για παλμούς laser 35 ps και μήκους κύματος 532 nm. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι αυτά τα συστήματα έχουν πολύ αυξημένες μη-γραμμικές οπτικές σε σχέση με τα απλά φουλλερένια καθιστώντας τα υποψήφια για πιθανές εφαρμογές σε διατάξεις οπτικών αισθητήρων και οπτικών πυλών. The field of optics that examines the interaction of matter with very high intensity radiation is called nonlinear optics. When a material is exposed to radiation with high intensity such as the radiation emitted by a laser, the optical properties of the material change as a result of the induced polarization that occurs in the atoms or the molecules that constitute the material. This in turn can lead to a variety of phenomena that helps us to understand and establish relations between the structure and the physical mechanisms that take place when light interacts with matter. Materials with large nonlinear optical properties are considered possible candidates for applications in a wide range of technology such us optical or quantum computers or even in the field of telecommunications. In this work the nonlinear optical properties of metallic nanoparticles, organometallic molecules and fullerene derivates is examined. The investigated systems were in form of solutions and the nonlinear optical properties were determined with the use of Z-scan and OKE techniques. The laser pulse duration was 35 ps and 4 ns, while the excitation wavelength was 532 nm and 1064 nm respectively. In the first chapter an introduction is presented to some elements of the field of nonlinear optics. Then the derivation of the relations that describe the nonlinear optical parameters like the third order susceptibility (χ(3)) with the use of electromagnetic theory and quantum mechanics is presented. At the end some interesting phenomena that occur as a result of third order susceptibility are described. The second chapter is devoted to the experimental techniques that were used to determine the nonlinear optical properties of the investigated systems that are presented in this work. The Z-scan and OKE techniques are described thoroughly as well and the process of the determination of the nonlinear optical properties from the experimental data. In the next four chapters, experimental results are presented of the nonlinear optical properties for all the systems that were studied during this work. At the third chapter the results for γ-Fe2O3 nanoparticles are presented. Those systems were either covered or uncovered with polymeric brushes, and had different sizes of the nanoparticle core. The results show that the presence or not of the polymeric brushes, as well and the size of the core has an impact on the nonlinear optical properties those systems. In chapter four are presented the results from the investigation of the nonlinear optical properties of Pd nanoparticles encapsulated into amphiphilic block copolymer micelles. The investigation was done under 35 ps and 4 ns laser pulse duration at excitation wavelengths of 532 and 1064 nm. It is concluded that the NLO response of the systems is depending on the size of the micelle, the shape but also from the metallic load of the micelle. In the final two chapters they are presented the results regarding the NLO properties of organometallic and fullerene derivates molecules. In chapter five the investigation of the nonlinear optical properties of various dithiolene complexes is presented, under 35 ps laser pulse duration at 532 and 1064 nm. The results shows that the central atom attached to the molecule is playing crucial role to the NLO response but also and the number and the nature of substituent attached to the molecule. At the final chapter the determined NLO properties of some donor – acceptor fullerene derivatives are presented. The results show that functionalized fullerene derivatives have greater NLO response than the neat fullerene making them promising candidates for applications in optoelectronics and all-optical switching.

Ο όρος μη γραμμική οπτική (nonlinear optics) αναφέρεται στον κλάδο της φυσικής που μελετά τις μεταβολές που επέρχονται στις οπτικές ιδιότητες της ύλης, όταν αυτή αλληλεπιδρά με ισχυρά ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Οι δέσμες λέιζερ (laser) αποτελούν το κατ’ εξοχήν ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που χρησιμοποιείται για να προκαλέσει τη μη γραμμική οπτική απόκριση της ύλης, λόγω της ισχυρής ακτινοβολίας. Με την ανακάλυψη του λέιζερ τη δεκαετία του 1960, παράλληλα αναπτύχθηκαν πολλές τεχνικές μέσω των οποίων καθίσταται εφικτός ο προσδιορισμός της μη γραμμικής οπτικής απόκρισης των υλικών. Κίνητρο για αυτή την εκτεταμένη έρευνα αποτελεί το γεγονός ότι υλικά με σημαντική μη γραμμική απόκριση βρίσκουν πολλές εφαρμογές στη φωτονική και την οπτοηλεκτρονική. Ειδικότερα, τέτοια υλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως οπτικοί περιοριστές (optical limiters) για την προστασία από υψηλές δέσμες λέιζερ, ως οπτικοί διακόπτες (optical switches), καθώς και ως οπτικές λογικές πύλες (optical logic gates) κ.α. Τα τελευταία χρόνια υπάρχει ιδιαίτερο ερευνητικό ενδιαφέρον στο πεδίο των μοριακών διακοπτών (molecular switches). Ο όρος μοριακός διακόπτης αναφέρεται στην δυνατότητα ύπαρξης ενός μορίου μεταξύ δύο διαφορετικών καταστάσεων, ικανότητα που θα αποτελέσει την αφετηρία για μια λειτουργία “on/off”, σε μοριακό επίπεδο. Υποψήφια μόρια που μπορούν να υποστηρίξουν μια διακοπτική λειτουργία είναι εκείνα που παρουσιάζουν κάτω από ορισμένες συνθήκες αλλαγή σε μια εγγενή ιδιότητά τους, όπως ο φθορισμός, η αγωγιμότητα, η μαγνήτιση, ο στερεο-ισομερισμός, η μη γραμμικότητα κ.α. Σκοπός της παρούσας ειδικής ερευνητικής εργασίας ήταν ο προσδιορισμός της τρίτης τάξης μη γραμμικής οπτικής απόκρισης μοριακών συστημάτων που περιέχουν αζοβενζόλιο, υπό μορφή διαλυμάτων. Τα μόρια αυτά είναι ενδιαφέροντα γιατί αφ’ ενός εμφανίζουν trans/cis ισομερισμό, αφ’ ετέρου παρουσιάζουν μια αλλαγή στη μη γραμμικότητά τους εξαιτίας του φωτο-ισομερισμού του διπλού δεσμού –N=N-. Η δομή της εργασίας έχει ως εξής : Στο πρώτο κεφάλαιο θα γίνει μια περιγραφή της μη γραμμικής αλληλεπίδρασης ύλης-πεδίου, η εξαγωγή της μη γραμμικής κυματικής εξίσωσης, καθώς επίσης και μερικών φυσικών διαδικασιών που περιγράφονται μέσω αυτής. Στο δεύτερο κεφάλαιο θα περιγραφεί η πειραματική τεχνική που ακολουθήθηκε, θα αναφερθούν οι οπτικές παράμετροι που σχετίζονται με τη τρίτης τάξης μη γραμμικότητα και τέλος θα περιγραφεί η διαδικασία ανάλυσης των πειραματικών αποτελεσμάτων. Στο τρίτο κεφάλαιο θα γίνει μια σύντομη περιγραφή της πειραματικής διάταξης καθώς και των κυριότερων οργάνων που την αποτελούν. Στο τέταρτο κεφάλαιο θα παρουσιασθούν τα πειραματικά αποτελέσματα που προέκυψαν από την εργασία. Αρχικά παρουσιάζεται μια σύντομη περιγραφή των μοριακών συστημάτων που μελετήθηκαν. Ακολουθεί η μη γραμμική οπτική απόκριση των συστημάτων για διέγερση με παλμούς χρονικής διάρκειας 35 ps, στα 532 και 1064 nm,και ακολουθεί ο προσδιορισμός της μη μεταβατικής μη γραμμικής απόκρισης για διέγερση με παλμούς διάρκειας 4 ns. Αναφέρονται τα συμπεράσματα από τη μελέτη των συστημάτων και ακολουθεί μια πρόταση για μελλοντική μελέτη. Extensive research in the field of molecular switches promises a wide variety of switching mechanisms characterized by an eclectic range of intrinsic properties regarding their luminescence, conductivity, magnetic and optical outputs. Because of their controlled alternating properties and the ease of their preparation and modification, molecular switches hold the promise of becoming pivotal components of organic–integrated photonic devices. Among the many available systems, azobenzene dyes represent a particularly promising class of organic switchable materials. The advantage of azobenzene chromophores as molecular switches is based not only on the large geometrical change accompanying the cis–trans isomerization, but also on their photo–stability, and the ease of their preparation and derivatization. In addition, azobenzene chromophores, exhibiting in general large nonlinear optical response, are characterized by an important change in their third-order nonlinear optical response due to the photo-isomerization of the –N=N- double bond. The purpose of this work is hence to describe how the NLO properties of the azobenzene are influenced when surrounded by an always more electron-donating and conjugated environment. In order to do so, we are studying three azobenzene-centered molecules. In two of them, the switch is bonded to two electron-rich groups such as alkylated anilines via either one or two ethynil spacers. In the latter, a Zn-porphyrin was instead linked to the aza-core. The insertion of a porphyrin core was driven by its high polarizability and optical oscillator strength which gives the material remarkable NLO behavior, making it potentially useful for ultra-fast switching technologies. In that view, the nonlinear optical response of these novel azobenzene based molecules dissolved in dichloromethane are studied by means of Z-scan technique using 35 ps laser pulses at 532 and 1064 nm. From the measurements, the nonlinear absorption and refraction and the corresponding third-order susceptibility χ(3) and second hyperpolarizability are determined.

Στην παρούσα εργασία μελετάται η τρίτης τάξης μη γραμμική απόκριση νανοσωματιδίων παλλαδίου σε συμπολυμερή όπως επίσης και κβαντικών ψηφίδων ιωδιούχου μολύβδου. Ο προσδιορισμός της μη γραμμικής επιδεκτικότητας τρίτης τάξης και η υπερπολωσιμότητα δεύτερης τάξης επιτυγχάνεται με την βοήθεια των τεχνικών Z-scan και οπτικού φαινομένου Kerr (OKE) χρησιμοποιώντας παλμούς λέιζερ 35 psec και 4 nsec με μήκος κύματος διέγερσης 532 nm και 1064 nm. In this work the third order nonlinear optical response of palladium nanoparticles encapsulated in block copolymers has been investigated as well as lead iodide quantum dots. The third-order nonlinear susceptibility χ(3) and the second hyperpolarizability γ are determined by employing Z-scan and Optical Kerr Effect (OKE) techniques using 35 ps and 4 ns laser pulses at excitation wavelengths of 532 and 1064 nm.

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να παράσχει χρήσιμες πληροφορίες για την πρακτική κατασκευή συσκευών αορατότητας. Αρχικά, παρουσιάζονται οι διαφορετικοί τύποι των δισδιάστατων μέσων μετασχηματισμού (συσκευών αορατότητας) και διαπιστώνεται η υπεροχή του δισδιάστατου μανδύα αορατότητας επιπέδου από διηλεκτρικό. Προκειμένου να διερευνήσουμε αριθμητικά την οπτική συμπεριφορά αυτού του τύπου μανδύα, χρησιμοποιούμε τις εξισώσεις που εξάγονται από τη θεωρία της οπτικής μετασχηματισμών, και μέσω της μεθόδου F.D.T.D υπολογίζουμε το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο σε όλα τα σημεία του υπολογιστικού πλέγματος. Στα όρια του πλέγματος αυτού τοποθετείται ένα στρώμα τέλειας προσαρμογής , έτσι ώστε να ελαχιστοποιούνται οι ανακλάσεις στα όρια αυτά, σε αναλογία με το πραγματικό πείραμα. Υλοποιώντας έναν κώδικα σε Μatlab, υπολογίζουμε την ένταση της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας, για εγκάρσια μαγνητικά επίπεδα κύματα που προσπίπτουν υπό γωνία σε ένα αντικείμενο που περιβάλλεται από έναν μανδύα από διηλεκτρικό και είναι τοποθετημένο σε επίπεδο. Συγκεκριμένα, μελετάμε: την επίδοση της συσκευής συναρτήσει του βαθμού διακριτοποίησης του αριθμητικού πλέγματος, την επίδραση της απορρόφησης και της τυχαίας διαταραχής της επιτρεπτότητας των δομικών υλικών του μανδύα, καθώς και την επίδοση για πρόσπτωση υπό διαφορετικές γωνίες. Τέλος, εκτιμάμε τις ιδιότητες των στρώσεων από διηλεκτρικά που θα μπορούσαν να περιβάλουν τον μανδύα και να βελτιώσουν την αποδοτικότητά του στο ορατό φάσμα. This work aims to provide useful information for the fabrication of practical cloaking devices. Initially, different types of two dimensional transformation media (invisibility devices) are presented and it is concluded that the all dielectric, two dimensional electromagnetic ground plane cloak dominates. In order to perform a numerical study of the sensitivity of this type of cloak, we use the equations deduced from the transformation optics via finite difference time domain method, for the electromagnetic wave, at every single point of the numerical domain. In the boundaries of this domain, we place a perfectly matched layer in order to minimize the reflections in those boundaries. That would replicate the real experiment with our simulations. By the application of a code written in Matlab, we calculate the scattering signature of an object surrounded by an all dielectric cloak and placed on a ground plane. Transverse magnetic plane waves are launched at an angle towards the object. In particular, we study the performance of the system as a function of the number of distinct components the cloak is divided into, the effects of lossy elements, the angle of incidence, as well as typical random variations of the permittivity of the building materials. Finally, we evaluate impedance matching layers that can surround the cloak and improve its effectiveness in the visible spectrum.

Продемонстровано, що при накладенні некогерентної суперпозиції ортогонально поляризованих лазерних пучків в поперечному перетині параксіального комбінованого пучка замість звичайних сингулярностей, таких як нулі амплітуди (оптичні вихори), які властиві скалярним полям та поляризаційних сингулярностей, таких як С-точки і L-лінії, які властиві повністю когерентним векторним полям, виникають поляризаційні сингулярності нового типу. Це U-контури, вздовж яких ступінь поляризації дорівнює нулю, і стан поляризації є невизначеним (сингулярним) та ізольовані P-точки, де ступінь поляризації дорівнює одиниці і стан поляризації визначається за компонентою комбінованого пучка, яка не зникає. Вперше розглядається кореляція між повністю когерентними і повністю некогерентними векторними сингулярностями. Наводяться перші експериментальні приклади реконструкції векторного скелетона комбінованого пучка, сформованого U і Р сингулярностями, як екстремумами комплексного ступеня поляризації. It has been demonstrated that incoherent superposition of orthogonally polarized laser beams results in appearance of polarization singularities of a new type at the transversal cross-section of a paraxial combined beam, instead of common optical vortices inherent in scalar fields or C-points and L-lines inherent in completely coherent vector fields. There are U-contours along with the degree of polarization equals zero and the state of polarization is undetermined (singular), and P-points where the polarization degree equals zero and he state of polarization is determined by non-vanishing component of the combined beam. Correlation between completely coherent and completely incoherent polarization singularities has been considered for the first time. Experimental examples of reconstruction of the vector skeleton of combined beam constituting by the set of U and P singularities as the extrema of the complex degree of polarization are provided. Продемонстрировано, что при наложении некогерентной суперпозиции ортогонально поляризованных лазерных, пучков в поперечном сечении параксиального комбинированного пучка вместо привычных сингулярностей, таких как нули амплитуды (оптические вихри), свойственные скалярным полям и поляризационных сингулярностей, таких как С-точки и L-линии, свойственные полностью когерентным векторным полям, возникают поляризационные сингулярности нового типа. Это U-контуры, вдоль которых степень поляризации равняется нулю, и состояние поляризации неопределенно (сингулярно) и изолированные Р-точки, где степень поляризации равна единице и состояние поляризации определяется компонентой комбинированного пучка, который не исчезает. Впервые рассматривается корреляция между полностью когерентным и полностью некогерентными векторными сингулярностями. Приводятся первые экспериментальные примеры реконструкции векторного скелетона комбинированного пучка, сформированного U и Р сингулярностями, как экстремумами комплексной степени поляризации.

Tese de doutoramento em Ciências (área de conhecimento em Física), Os museus e galerias de arte recorrem a uma grande variedade de fontes de luz para iluminação de pinturas artísticas. A preocupação principal dos responsáveis na escolha das fontes de luz neste contexto é a prevenção dos danos provocados pela radiação nas obras de arte. No entanto, a impressão visual de uma pintura artística é fortemente influenciada pela intensidade e perfil espectral do iluminante. Consequentemente, este é também um aspecto importante a considerar na selecção da iluminação mais adequada. Apesar da óbvia importância dos aspectos visuais não existe neste momento uma metodologia segura de avaliação da qualidade global de reprodução cromática de uma fonte de luz nem estudos sistemáticos da relação entre os efeitos visuais e a distribuição espectral da iluminação. Esta relação, entre o perfil espectral da fonte de luz e a aparência visual dos cenários iluminados, assume particular relevância no desenvolvimento de novas fontes de luz, que podem hoje ter um espectro quase arbitrário, como, por exemplo, nas novas fontes de luz baseadas em LEDs. Os objectivos gerais deste trabalho foram determinar de forma empírica, através de experiências psicofísicas, o perfil espectral da iluminação preferida por observadores para apreciar pinturas artísticas e estudar, de forma sistemática, a relação entre perfil espectral e os efeitos cromáticos da fonte de luz em pinturas. A parte experimental e a parte computacional do trabalho basearam-se na análise dos espectros de reflectância de um conjunto de pinturas obtidos com um sistema de imagiografia hiperespectral parcialmente desenvolvido no âmbito do trabalho desta tese. Das experiências psicofísicas foi concluído que os observadores preferem uma luz do dia com uma temperatura correlacionada de cor de cerca de 5000 K e que essa preferência pode ser, em parte, determinada pela diversidade cromática percebida nas pinturas. Da análise computacional foi concluído que a diversidade cromática máxima não é obtida com espectros de iluminação com variações suaves mas sim com espectros muito estruturados e com um número de bandas espectrais reduzido e localizadas em zonas específicas do espectro visível. Além disso, à máxima diversidade cromática correspondem valores baixos do índice de reprodução cromático, sugerindo que cores naturais e boa discriminação de cores são, de alguma forma, incompatíveis. Estes resultados no seu conjunto põem em causas algumas práticas correntes em iluminação de pinturas artísticas e constituem um avanço significativo no conhecimento sobre os efeitos visuais da iluminação., The museums and art galleries use a large variety of light sources for lighting art paintings. The main concern of the curators when selecting a light source is the prevention of damage caused by light irradiation. However, the impression of an artistic painting is strongly influenced by the intensity and spectral profile of the illumination, and this is also an important issue to consider. Although the visual aspects are of obvious importance there is still no firm methodology to assess the global colour quality of lighting or systematic studies of the relationships between the visual effects and the spectral profile of the illumination. The relationship between illuminant spectral structure and visual appearance assumes particular relevance with the advent of light sources with almost arbitrary spectral distribution, like modern LED based lighting. The general goals of this work were to determine psychophysically the spectral profile of the illumination preferred by observers when seeing artistic paintings and to study systematically the relationships between spectral profile of the illumination and its chromatic effects on paintings. The experimental and the computational parts of this work were based on the analysis of the reflectance spectra of a set of paintings obtained with a spectral imaging system partly developed in the context of the work of this thesis. From the psychophysical experiments it was concluded that observers prefer daylight with a correlated colour temperature of about 5000 K and that the chromatic diversity perceived may influence the preference for a specific illuminant. From the computational analysis it was concluded that the maximum chromatic diversity is not obtained with smooth spectral variations but with spectrally structure spectra and with a small number of spectral bands located in specific regions of the visible spectrum. In addition, when the maximum chromatic diversity is obtained the colour rendering index is low suggesting that natural colours and large discrimination are incompatible. These results challenge some of the current practices in illumination of artistic paintings and represent a considerable advancement on the knowledge about the visual effects of illumination., Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) - Bolsa de Doutoramento SFRH BD 49112 2008.

Вводиться означення комплексного ступеня поляризації з представленням у стоксовому просторі й на цій основі визначається новий тип векторних сингулярностей у частково когерентних, неоднорідно поляризованих оптичних полях – U-контури, вздовж яких ступінь поляризації дорівнює нулю, і при перетині яких стан поляризації змінюється на ортогональний. The complex degree of polarization is defined and represented at the Stokes space, and on this base the new type of vector singularities in partially coherent, inhomogeneously polarized optical fields is determines, namely, the U-contours along which the degree of polarization equals zero, and by crossing of which the state of polarization changes by jump into orthogonal one. Вводится определение комплексной степени поляризации с представлением в стоксовом пространстве и на этой основе определяется новый тип векторных сингулярностей в частично когерентных, неоднородно поляризованных оптических полях – U-контуры, вдоль которых степень поляризации равняется нулю, и при пересечении которых состояние поляризации изменяется на ортогональное.

Στην παρούσα εργασία ερευνάται η τρίτης τάξης μη γραμμική απόκριση διαφόρων υλικών τα οποία μελετήθηκαν σε μορφή διαλυμάτων ή λεπτών υμενίων. Αρχικά περιγράφονται βασικές έννοιες της μη γραμμικής οπτικής, μερικών σημαντικών φυσικών διαδικασιών που σχετίζονται με αυτή, καθώς και των διαφόρων μηχανισμών που μπορούν να συνεισφέρουν στο μη γραμμικό δείκτη διάθλασης. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η μη γραμμική οπτική απόκριση νανοδομών Au, Pd και Ag. Με τη βοήθεια πολυμερών αποτρέπεται η συσσωμάτωση και καθίζηση του μετάλλου και επιτυγχάνεται η δημιουργία μεταλλικών νανοσωματιδίων συγκεκριμένω διαστάσεων. Επίσης μελετάται η μη γραμμικότητα TiO2, φουλλερενικών παραγώγων και μοριακών μηχανών. Η μεγάλη απόκριση των συστημάτων αυτών σε συνδυασμό με την έντονη εξάρτησή της από διάφορες μορφολογικές/δομικές παραμέτρους καθιστά τα συστήματα αυτά πολύ χρήσιμα για φωτονικές εφαρμογές. In this work the third order nonlinear optical response of several photonic materials, has been investigated. These materials were in the form of solutions, colloids or thin films. Initially some basic concepts of nonlinear optics, the physical processes related with it, as well as the physical mechanisms related to the nonlinear refractive index are presented. Then, the nonlinear optical response of Au, Pd and Ag nanoparticles is presented. By using polymers, formation of nanoparticles exhibiting specific sizes can be achieved. Furthermore the polymer does not allow metal aggregation in the system. The nonlinearity of TiO2 films, fullerene derivatives and molecular engines is also investigate. The large response of these systems, combined with the strong dependence on several morphological/structural parameters makes them very promising candidates for several photonic applications.