Search

Detection of infrared radiation using the biological structures gathered increasing attention over the last decade [1, 2], as the need for faster, more sensitive infrared imaging sensors grows ever stronger. Among the proposed techniques for the interrogation of the radiation-induced effects, digital holographic interferometry stands out as the simplest method for obtaining the spatio-temporal information about the response [3]. Using similar methods as described previously [3], with the radiation wavelengths of 405 nm, 450 nm, 660 nm and 980 nm, we prove that the natural structures found on the wing scales of the Morpho Didius butterfly can be used for the detection of radiation throughout the visible and near-infrared part of the optical spectrum

Transdermal and subcutaneous drug delivery routes offer many advantages compared to the enteral route of drug administration including improved drug bioavailability, maintenance of optimal drug levels in the systemic circulation, reduction of toxicity, and better patient compliance. The overall aim of this dissertation was to synthesize and characterize composite hydrogels composed of the cross-linked poly(acrylic acid) hydrogel and the hydrophobic polymer base that are suitable for the storage and controlled delivery of cationic drugs mediated by non-specific electrical interactions. We successfully synthesized composite hydrogel membranes and implants by combining the ultraviolet or gamma irradiation-induced polymerization and liquid phase inversion. Physicochemical properties of the materials, such as chemical composition, microstructure, ion-exchange capacity, swelling behavior, and ionic conductivity, were analyzed. In vitro release from composite hydrogel reservoirs was investigated using methylene blue as the model drug. Examined composite hydrogel reservoirs showed mainly diffusion-controlled release kinetics. We developed a modeling approach based on the analytical solution for diffusion and the empirical Weber-Morris model that effectively describes the release kinetics using the concept of apparent diffusion coefficient. Rate-limiting barriers defined by the composite hydrogel microstructure and ion exchange governed the passive release kinetics. Iontophoretic excitation of composite membranes confirmed their electrical responsivity and induced an effective increase in the apparent diffusion coefficient. Obtained composite hydrogels hold promise for drug delivery, but also for applications in nanomaterial synthesis and iontronics. Transdermalni i subkutani načini dostave aktivnih supstanci nude brojne prednosti u poređenju sa enteralnim načinom jer se postiže veća bioraspoloživost leka, njegova optimalna koncentracija u sistemskoj cirkulaciji, smanjena toksičnost i veća komfornost pacijenata. Glavni cilj ove disertacije bila je sinteza i karakterizacija kompozitnih hidrogelova koji sadrže umreženi hidrogel poli(akrilne kiseline) i hidrofobnu polimernu bazu, a pogodni su za skladištenje i kontrolisanu dostavu katjonskih lekova putem nespecifičnih električnih interakcija. Kompozitni hidrogelovi, u formi membrana i implantata, su uspešno sintetisani kombinovanjem metoda polimerizacije indukovane ultraljubičastim ili gama zračenjem i metode mokre fazne inverzije. Analizirana su fizičko-hemijska svojstva materijala kao što su hemijski sastav, mikrostruktura, jonoizmenjivački kapacitet, karakteristike bubrenja i jonska provodljivost. Proces otpuštanja aktivne supstance iz kompozitnih rezervoara sa hidrogelom je ispitivan u in vitro uslovima korišćenjem metilenskog plavog kao model leka. Ispitani kompozitni rezervoari sa hidrogelom su pokazali uglavnom difuziono kontrolisanu kinetiku otpuštanja. Razvijen je pristup modelovanju zasnovan na analitičkom rešenju za difuziju i empirijskom Veber-Moris modelu koji efektivno opisuje kinetiku otpuštanja korišćenjem koncepta prividnog koeficijenta difuzije. Kinetika pasivnog otpuštanja je bila diktirana barijerama definisanim mikrostrukturom kompozitnog hidrogela i jonskom izmenom. Jontoforetska pobuda kompozitnih membrana potvrdila je njihovu elektroresponzivnost i indukovala efektivni porast prividnog koeficijenta difuzije. Očekuje se da dobijeni kompozitni hidrogelovi pronađu primenu u dostavi lekova, kao i u sintezi nanomaterijala i jontronici.

Interakcija lasera sa metalima proučava se decenijama, a posebno je intenzivirana u poslednje vreme, usled razvoja novih, efikasnih impulsnih lasera. Istraživanja u ovoj tezi su fokusirana na titanijum, koji poseduje niz odličnih osobina, što ga čini primenljivim u različitim savremenim tehnologijama. Obrada i procesiranje titanijuma mogući su različitim tehnikama, a primena lasera daje poseban kvalitet, poput visoke preciznosti obrade ili dobijanja specifičnih struktura na površini koje nije moguće generisati drugim metodama. Cilj ove doktorske disertacije je eksperimentalna optimizacija površinskog modifikovanja titanijuma impulsnim nano-, piko-, i femto-sekundnim laserima. Kao izvori laserskog zračenja korišćeni su nanosekundni CO2 laser, pikosekundni Nd:YAG, i femtosekundni Ti:safirni laser. Poznato je da stepen površinske modifikacije mete zavisi od parametara laserskog zračenja (talasne dužine, dužine trajanja impulsa, energije impulsa, itd.), od geometrije fokusiranja, od stanja površine i apsorptivnosti mete, kao i od sredine u kojoj se interakcija odvija. U cilju nalaženja optimalnih uslova za površinsku modifikaciju titanijuma ispitan je uticaj pojednih parametara lasera, kao i uticaj ambijenta. Utvrđeno je da primenjeni intenziteti laserskog zračenja dovode do modifikacija površine mete, pri čemu impulsi različitog trajanja drugačije modifikuju titanijumsku metu. Nanosekundni i pikosekundni laseri dovode do difuznog karaktera oštećenja uz prisustvo termalnih efekata, dok korišćenje femtosekundnih impulsa rezultuje u bolje definisanim oblastima oštećenja. Pokazano je da promena sredine ozračivanja presudno utiče na hemijski sastav i morfologiju površine mete. The interaction of lasers with metals has been studied for decades, and has been especially intensified lately, due to the development of new, efficient pulsed lasers. Research in this thesis is focused on titanium, which has a number of excellent properties, making it applicable in various modern technologies. Treatment and processing of titanium is possible with various techniques, and the application of lasers gives a special quality, such as high precision machining or obtaining specific structures on the surface which cannot be generated by other methods. The goal of this doctoral dissertation is the experimental optimization of surface processing of titanium by pulsed nano-, pico-, and femto-second lasers. Laser radiation sources used were nanosecond CO2 laser, picosecond Nd:YAG, and femtosecond Ti: sapphire laser. It is known that the degree of surface modification of the target depends on laser radiation parameters (wavelength, pulse duration, pulse energy, etc.), focus geometry, the state of the surface and the absorption of the target, as well as from the environment in which the interaction takes place. In order to find the optimal conditions for surface modification of titanium, the influence of certain laser parameters, as well as the influence of the ambient, was examined. It has been found that the applied laser radiation intensities lead to the modification of the target surface, and that the pulses of different duration modify the titanium target in various way. Nanosecond and picosecond lasers lead to a diffuse character of damaged area with the presence of thermal effects, while the use of femtosecond pulses results in better defined area of damage. It has been shown that the change in the ambient of the irradiation affects the chemical composition and morphology of the target surface.

The thesis explores preparation and magneto properties of bismuth germanium oxide single crystal (B12GeO20) which is irradiated by pulsed femtosecond laser of increasing power. Analyses performed on irradiated and un irradiated samples showed significant changes in transmittance, transmission spectra, sample color, Raman spectra (RS), X-ray diffraction (XRD) pattern, Verdet constant (VC), magneto-optical property and absorption coefficient. After irradiation, the transmission spectra values increased whereas anisotropy detected in the transmission spectra of unirradiated samples disappeared. The change of color caused by irradiation was noticeable to the naked eye. The XRD measurements confirmed structural changes induced by laser irradiation, i.e., the laser- beam-incident side of the sample became almost amorphous, whereas the side opposite to the incident can be indexed to the Bi12 Ge O20 compound. Irradiation caused increase of Raman spectra peaks with the exception of crystal peaks of type E, which disappeared. The femtosecond pulsed laser irradiation can be used to improve bismuth germanium oxide single crystal optical properties. Femtosecond pulsed laser irradiation can improve optical properties of Bi12 GeO20 single crystals. Disertacija razmatra pripremu za proizvodnju i magneto optička svojstva Bizmut germanijum oksidnih kristala (B12GeO20) koje se ozračuju femtosekundnim laserskim impulsima zracima sa rastućom snagom. Analize izvršene nad ozračenim i neozračenim uzorcima kristala pokazale su značajne promene u transmitansi, transmisionom spektru, boji, Ramanovom spektru, rezultatima difrakcije X zraka, Verdeovoj konstanti, magneto-optičkim svojstvima i koeficijentu apsorpcije. Posle ozračivanja došlo je do porasta transmitivnosti i izostanka anizotropije u transmisionom spektru u odnosu na neozračene uzorke. Izmena boje uzoraka primetna je čak i golim okom. XRD merenja pokazala su strukturne promene indukovane laserskim zracima tako da je npr. strana uzorka neposredno ozračena laserom postala skoro potpuno amorfna dok se suprotna strana uzorka indeksira na B12GeO20 jedinjenje. Ozračivanje je izazvalo porast vrhova u Ramanovom spektru sa izuzetkom vrhova za tip E koji se nisu pojavili. Femtosekundni laserski impulsi mogu se iskoristiti da unaprede optička svojstva kristala...

Ова докторска теза обухвата истраживачки рад на унапређењу мерења топлотне проводности термоизолационих чврстих материјала у Метролошкој лабораторији за температуру и термофизичке величине (МЛТВ) Института за нуклеарне науке ВИНЧА. Топлотна проводност се, као једна од најзначајнијих термофизичких величина чврстих материјала, мери различитим експерименталним методама. Метода која код слабо проводних материјала може обезбедити резултате са најмањом могућом мерном несигурношћу је метода заштићене топле плоче и она се као референтна користи у свим најзначајнијим националним метролошким лабораторијама у свету. Експериментална поставка којом се примењује ова метода је установљена у Институту ВИНЧА још 60-их година прошлог века и била је функционална до средине 80-их. Топлотна проводност термоизолационих материјала се у том периоду мерила са релативном мерном несигурношћу од 3 % до 10 %. У складу са убрзаним развојем МЛТВ почетком овог века, као и њеним каснијим признавањем као именоване националне лабораторије за термофизичке величине, приступило се ревитализацији експерименталне поставке и унапређењу поступка одређивања топлотне проводности. У оквиру рада на овој дисертацији је унапређена како сложена мерна апаратура кроз моделовање, израду и тестирање нових елемената и система, тако и калибрациони и мерни поступак и начин обраде мерних сигнала. Као резултат широког унапређења, данас се у Институту ВИНЧА топлотна проводност термоизолационих чврстих материјала може мерити са високом тачношћу и прецизношћу, тј. малом релативном мерном несигурношћу која достиже ниво од 2 %. Тим резултатом, који је потврђен преко међународног међулабораторијског поређења извршеног у оквиру Eura-Thermal пројекта, Метролошка лабораторија за температуру и термофизичке величине Института ВИНЧА се сврстала у ред значајних светских лабораторија те врсте. This PhD thesis implies research on improving the thermal conductivity measurement of thermal insulations in the Metrological Laboratory for Temperature and Thermophysical Properties (MLTV) of the Institute of Nuclear Sciences VINČA. Thermal conductivity, as one of the most important thermophysical properties of solid materials, is measured by various experimental methods. A method that may provide results with a lowest possible measurement uncertainty for poorly conductive materials is the guarded hot plate method and it is used as a reference technique in all most important national metrology laboratories in the world. A related experimental setup was established at the Institute VINČA in the 1960s and was functional until the mid-80s. Thermal conductivity of thermal insulation materials was measured in this period with a relative uncertainty of 3 % to 10 %. In accordance with a fast development of MLTV at the beginning of this century, as well as its subsequent recognition as the designated laboratory for thermophysical properties, a revitalization of the experimental setup and an improvement of the corresponding measurement process began. Within the scope of this dissertation, the measurement apparatus was improved through modelling, designing and testing of new elements and systems, as well as through new calibration, measuring and data reduction procedures. As a result of these improvements, today, the Institute VINČA is capable to measure the thermal conductivity of insulation materials with a high accuracy and precision, i.e. with small relative uncertainties down to a level of 2 %. With this result, which was confirmed through an international inter-laboratory comparison performed within the framework of the Eura-Thermal project, the MLTV of the Institute VINČA has been ranked among the world's leading laboratories of this kind.

Фотоакустичке мерне методе се интензивно развијају у последње четири децeније и налазе све разноврснију примену у науци, техници, медицини и стоматологији: од истраживања везе између структуре материје и њених термалних, еластичних, оптичких, електричних и других физичких особина, посебно на ниској временској (испод 0,1 милисекунде) и просторној скали (субмикронској), преко карактеризације наноелектронских направа и фотонских кристала, па све до in vivo дијагностике у медицини... Photoacoustic (PA) measurement methods have been intensively developed in the last four decades and have found versatile application in science, technique, medicine and dentistry: from explorations of the relationship between structure of matter and its thermal, elastic, optical, electrical and other physical properties (especially at low timescale – under 0.1 ms and small space-frame – submicron), through characterization of nanoelectronic devices and photon crystals, all the way to in vivo diagnostics in medicine...

Фотоакустичке мерне методе се интензивно развијају у последње четири децeнијеи налазе све разноврснију примену у науци, техници, медицини и стоматологији:од истраживања везе између структуре материје и њених термалних, еластичних,оптичких, електричних и других физичких особина, посебно на ниској временској(испод 0,1 милисекунде) и просторној скали (субмикронској), прекокарактеризације наноелектронских направа и фотонских кристала, па све до invivo дијагностике у медицини... Photoacoustic (PA) measurement methods have been intensively developed in the lastfour decades and have found versatile application in science, technique, medicine anddentistry: from explorations of the relationship between structure of matter and itsthermal, elastic, optical, electrical and other physical properties (especially at low timescale– under 0.1 ms and small space-frame – submicron), through characterization ofnanoelectronic devices and photon crystals, all the way to in vivo diagnostics inmedicine...

Настанак звучног таласа након осветљавања узорка модулисаним светлосним снопом назива се фотоакустички (ФА) ефекат. Теоријска истраживања предвиђају да је уз помоћ мерних техника заснованих на ФА ефекту могуће извршити одређивање карактеристика танких узорака. ФА технике нису инвазивне и због тога изазивају интересовање у разним областима науке, медицине и технике. У зависности од карактеристика које се желе проучавати, примењују се различите технике засноване на ФА ефекту. У фокусу предложеног истраживања је примена фреквенцијске ФА технике за термичку карактеризацију, док ће споредни правац истраживања разматрати могућности повезивања фреквенцијске ФА технике са ФА спектроскопијом ради симултане оптичке и термичке карактеризације. Предмет истраживања је развој ФА мерног система (ФАМС) за одређивање термичких параметара танких узорака, и то термичке дифузивности, термичке проводности и коефицијента термичког ширења. Систем се састоји од побудног дела, ФА ћелије и детекционог дела. Побудни део система чине извор светлости и модулатор светлосног снопа. Модулисани светлосни сноп погађа узорак у коме се апсорбује део светлосне енергије, што за последицу има формирање акустичког сигнала фреквенције једнаке фреквенцији модулације светлосног снопа. Генерисани акустички сигнал се детектује микрофоном, док се део светлости који се рефлектује од узорка детектује фотодетектором, па детекциони део система чине микрофон са претпојачавачем, фотодетектор, појачавачи детектованих сигнала и систем за аквизицију. У оквиру система за аквизицију се налазе аквизициона картица, lock-in детектор и рачунар. ФА ћелијом се назива затворени простор у коме се простире акустички сигнал генерисан ФА ефектом. Мада ФА ћелија може бити изведена као комора у коју се постављају узорак, микрофон и фотодетектор, чешће се узорак причвршћује директно за микрофон, тако да простор између узорка и микрофона представља ФА ћелију... The formation of sound waves after exposition of a sample to a modulated light beam is called the photoacoustic (PA) effect. Theoretical researches predict that it is possible to determine characteristics of thin samples with the help of measurement techiques based on the PA effect. PA techniques are not invasive and for this reason cause interest in many different areas of science, medicine and technique. Depending on the characteristics to be studied, different techniques are applied based on the PA effect. In the focus of the suggested research is the application of the PA frequency technique for thermal catheterization, while the secondary direction of the research will consider possibilities of connecting the frequency PA technique with the PA spectroscopy aimed at the simultaneous optical and thermal characterization. The subject of research is the development of the PA measurement system for determination of thermal parameters of thin samples, namely thermal diffusivity, thermal conductivity and linear expansion coefficient. The system consists of an excitation part, a PA cell and a detection part. The excitation part of the system consists of a light source and a modulator of the light beam. The modulated light beam affects the sample, which absorbs a part of the light energy, and due to the PA effect, the created acoustic signal has the same frequency as the light-beam modulations. Generated acoustic signal is detected by a microphone, whereas the part of light reflected from the sample is detected by a photodetector, so the detection part of the system consists of the microphone with a preamplifier, photodetector, amplifiers of the detected signals and an acquisition system. The acquisition system includes an acquisition card, a lock-in detector and a computer. The PA cell is a closed space in which an acoustic signal is generated by the PA effect. Although a PA cell can be a chamber in which the sample, microphone and photodetector are placed, more often the sample is attached directly to the microphone, so that the space between the sample and the microphone represents a PA cell...

Фибероптички сензори (ФОС) користе се последњих 30 година за праћење стања структура. Већина савремених истраживања односе се на решења на бази Брагових решетки, решетки са дугом периодом, интерферометарске сензоре или оптичку рефлектометрију у временском домену, имајући у виду значајно бољу осетљивост ових решења у поређењу са интензитетским. Са друге стране, интензитетски сензори су јефтинији и њихово испитивање је технички мање захтевно. У оквиру ове тезе испитивана је употреба унутрашњег интензитетског ФОС за праћење стања структуре приликом удара контролисаном енергијом. Утврђена је корелација између дубине модулације интензитета светлости и ударне силе на различитим температурама и за различите типове материјала. Композитни материјал са полиетиленском матрицом, ојачањем у виду стакленог мата и уграђеним телекомуникационим влакнима подвргнут је ударима, коришћењем уређаја за тестирање ударима контролисане енергије, а који је служио као калибрациони инструмент. Преносна функција сензора генерисана је на основу повезивања дубине модулације интензитета светлости, ударне силе и растојања оптичког влакна од места удара. Презентовани су услови за валидност преносне функције. Предложена је ортогонална мрежа оптичких влакана за детекцију опасних удара и израчунато растојање између влакана у тој мрежи за посматрани материјал. Такође је предложена калибрациона процедура и алгоритам за одређивање места удара. Метод прорачуна ударне силе, промене импулса ударача и места удара проверен је приликом поновљених удара на претходно калибрисаном узорку. Сензор има могућност пружања информација о времену удара, а може и генерисати аларм када је сила већа од граничне вредности силе након које настају оштећења у материјалу. Утврђено је да у процесу израде узорка са полиетиленском матрицом и стакленим матом као ојачањем, долази до хомогенизације оптичког влакна са решетком са дугом периодом и да нема промене спектра при примењеном статичком оптерећењу. Показано је да пластично оптичко влакно уграђено у влакнима ојачан узорак са епоксидном матрицом, као унутрашњи интензитетни ФОС, поседује инфериорну осетљивост у односу на телекомуникационо влакно Fiberoptic sensors (FOS) have been used for structural health monitoring for decades. Most of the recent research is dedicated to fiber Bragg grating, long period grating (LPG), interferometric and OTDR based solutions due to their sensitivity superiority when compared to intensity FOS. On the other hand, intensity FOS is less expensive and sensor interrogation is significantly less demanding. In this thesis, the use of intrinsic intensity fiber-optic sensors for structural health monitoring was investigated. The correlation between the light intensity modulation depth and the impact force was determined under different testing temperatures and for different types of samples. Polyethylene-based composite samples with glass mat reinforcement and embedded telecommunication fibers were subjected to impact using high-speed puncture impact tester as a calibration device. Transfer function of the sensor was generated by linking the light intensity modulation depth with the impact force and the impact point to fiber distance. Conditions for transfer function validity were presented. To detect any possible dangerous impact, a net of crossed fibers was proposed and the net spacing for the given material was calculated. Appropriate non-damaging calibration procedure was proposed, as well as the algorithm for locating the impact point. The method for calculating the impact force, the projectile momentum change, and the place of impact was verified by consecutive strikes on the previously calibrated sample. The sensor can also provide information on the time of the impact and an alarm signal if the force exceeds the damaging threshold force. It was determined that the optical fiber with LPG homogenizes when embedded during material processing in polyethylene-based composite sample with glass mat reinforcement and that there is no difference in sensor response under static loading. When used as an intrinsic intensity FOS, the plastic optical fiber, embedded in epoxy-based composite sample with glass fiber reinforcement, was shown to provide inferior sensitivity compared to telecommunication fibers

Sistemi slabo spregnutih talasovoda, odnosno fotonske rešetke (FR), predstavljaju poznate optičke sisteme za manipulisanje i kontrolu prostiranja svetlosti. Usled periodične modulacije indeksa prelamanja u jednoj, dve ili tri dimenzije i diskretne translacione simetrije, kod njih se mogu definisati odgovarajući frekvencijski zonski spektri sa procepima, slično elektronima u poluprovodnicima, koji diktiraju prostiranje svetlosti. Pored njihove uloge u upravljanju prostiranjem svetlosti, FR su tokom poslednje decenije često korišćene kao pogodan poligon za direktnu eksperimentalnu realizaciju i fundamentalna ispitivanja raznih kompleksnih fenomena poznatih iz fizike kondenzovane materije, kao što su Anderson-ova lokalizacija (AL) i Bloch-ove oscilacije (BO). Ova disertacija se bavi definisanjem pogodnih modela i sprovođenjem odgovarajućih numeričkih simulacija u cilju ispitivanja prostiranja svetlosti u tri različita tipa neperiodičnih, tj kompleksnih jednodimenzionalnih (1D) FR: neuređenim, kvaziperiodičnim FR i FR sa gradijentom transverzalnog profila indeksa prelamanja. Pri prostiranju svetlosti kroz neuređene i kvaziperiodične FR dolazi do AL svetlosti, dok u FR sa gradijentom transverzalnog indeksa prelamanja dolazi do BO svetlosti. Ovde su proučavane kompleksne FR na bazi fotorefraktivnih materijala, kao što je litijum niobat. Ovi materijali, okarakterisani saturacionim nelinearnim odzivom na svetlost velikog intenziteta, imaju veliki značaj u integrisanoj i nelinearnoj optici i optičkim komunikacijama. Uticaj prisustva saturacione nelinearnosti na AL i BO u kompleksnim FR je takođe razmotren. Pokazano je koji parametri imaju dominantan uticaj na prostiranje svetlosti u svakom od proučavanih tipova kompleksnih FR, linearnih kao i nelinearnih. Na osnovu ovih rezultata, predložen je koncept kontrolisanja prostiranja svetlosti na bazi kompozitnih rešetki dobijenih nadovezivanjem FR različitih stepena i tipova neuređenosti ili različitih vrednosti gradijenta indeksa prelamanja, sa ili bez dodatnog prisustva saturacione nelinearnosti, u pravcu prostiranja svetlosti. Numerički rezultati su dobijeni za realne eksperimentalne vrednosti strukturnih parametara FR koji se mogu postići u fotorefraktivnim sredinama, kao što su širine talasovoda, modulacija indeksa prelamanja i dužine FR. Dinamičke simulacije prostiranja svetlosti u kompozitnim FR ukazuju na mogućnost kontrole prostiranja optičkog snopa kroz ove FR odgovarajućim dizajniranjem njihovih strukturnih parametara. Razmotrene su kompozitne strukture koje pokazuju sposobnost da vrše prostorno multipleksiranje, preusmeravanje ili deljenje ulaznog optičkog snopa što bi moglo biti upotrebljeno za bržu obradu optičkih signala. Istraživanje dato u ovoj disertaciji predstavlja doprinos novom polju razvoja primena neperiodičnih optičkih sistema. Systems of weakly coupled waveguide arrays, i.e. photonic lattices (PLs), are well known optical systems for manipulation and control of light propagation. Due to periodic modulation of refractive index in one, two or three dimensions and discrete translational symmetry, it is possible to define appropriate band-gap frequency spectra, similarly to electrons in semiconductors, which dictate the propagation of light. Besides their role in light propagation management, PLs have also been extensively used, over the past decade, as suitable benchmark for direct experimental realization and fundamental studies of various complex phenomena known from condensed matter physics, such as Anderson localization (AL) and Bloch oscillations (BO). This dissertation concerns defining the appropriate models and conducting corresponding numerical simulations in order to investigate light propagation in three different types of nonperiodic, i.e. complex one dimensional (1D) PLs: disordered, quasi-periodic PLs and PLs with gradient of transverse refractive index profile. Light propagation in disordered and quasi-periodic leads to AL of light, while BO of light occur in PLs with gradient of transverse refractive index. Here, complex PLs based on photorefractive materials, such as lithium niobate, are investigated. These materials, characterized by saturable nonlinear response to high intensity light, are of great importance in nonlinear and integrated optics and optical communications. The influence of saturable nonlinear response of photorefractive materials on AL and BO in complex PLs is investigated as well. It has been shown which parameters have dominant effect on light propagation in different types of complex PLs, both linear and nonlinear. Using these findings, the concept of light propagation control is proposed based on composite lattice systems comprising PLs, stacked in light propagation direction, with different degrees and types of disorder or different values of refractive index gradient, with or without additional presence of saturable nonlinearity. Numerical results are obtained for experimentally feasible values of structural PL parameters that can be achieved in photorefractive media, such as waveguide widths, refractive index modulation and PLs lengths. Dynamical simulations of light propagation in composite PLs indicate the possibility of controlling optical beam propagation through these lattices by properly designing their parameters. Structures that display ability to perform spatial multiplexing, switching or splitting of input optical beam, which might be employed in faster optical signal processing are considered. The research given in this dissertation represents a contribution to new field of developing applications of nonperiodic optical systems.

Optički senzori su deo mnogobrojnih sistema u industriji, transportu, telekomunikacijama, medicini i nauci. Koriste se za merenje temperature, pritiska, istezanja, indeksa prelamanja okolne sredine i indirektno za merenje koncentracije gasova i tečnosti, vlažnosti i drugog. Uglavnom zahvaljujući naglom razvoju optičkih telekomunikacionih tehnologija, razvoj optičkih senzora pratio je opšti trend smanjivanja i integracija ka malim, robusnim i prenosivim urađajima. Pri tom su se izdvojila dva osnovna tipa senzora: senzori na bazi optičkih vlakana i integrisani senzori, koji su dalje funkcionalizovani hemijskim putem i korišćenjem nanotehnologija. Razvoj metoda za proizvodnju minijaturnih senzora i tankih filmova koji se nanose na površinu senzora je značajno uticao na razvoj optičkih senzora. U distertaciji su istraživani senzori na bazi integrisanih svetlosnih talasovoda funkcionalizovani tankim poroznim filmom. Princip detekcije je interakcija merene tečnosti ili gasa sa evanescentnim elektromagnetim poljem. Kod gasova je dominantna rezonantna apsorpcija svetlosti, a kod tečnosti promena profila i propagacione konstante moda usled promena indeksa prelamanja tečnosti. U oba slučaja poroznost filma omogućava veće preklapanje polja moda sa fluidom koji se meri i time osetljivost senzora. Ova teza se bavi proučavanjem uticaja parametara tankog filma na performanse senzora, osetljivost i opseg, kao i optimizacijom geometrije senzora u cilju dobijanja najviše osetljivosti. Pritom su korišćeni parametri tankih filmova i njihove varijacije određeni eksperimentalno. Rezultat rada su predlozi i dizajn ovih tipova optičkih senzora pogodnih karakteristika za određivanje koncentracije fluida upotrebom poznatih nanotehnologija. Pokazano je da se najbolja osetljivost senzora gasa javlja u slučaju talasovodnih struktura koje podržavaju modove pretežno lokalizovane u oblasti tankog poroznog filma. Takođe je pokazano da se korišćenjem poroznih filmova osetvljivost senzora povećava 20 puta u odnosu na neporozne, kao i da male varijacije debljine i poroznosti filma od 1% značajno smanjuju osetljivost senzora. Proračuni su izvedeni za senzor ugljen-dioksida u bliskom infra-crvenom opsegu... Optical sensors are nowadays present in many industrial systems, transport, telecommunication, medicine and science. These are used for measurements of temperature, pressure, refractive index of surrounding and implicitly concentration of gasses and liquids, humidity etc. Mostly due to development of telecommunication systems, optical sensors were following the trend of size decrease and integration to small, robust and transferable devices. Two types of sensor are most significant in this sense: optical fibre sensors and integrated sensors. These can be further functionalized with nanotechnology. An important influence to the development of the optical sensors is in establishing new methods of miniature sensor preparation together with methods of thin films deposition. The sensors based on integrated light waveguides with thin porous films are investigated in this dissertation. The detection principle is based on interaction of liquids and gases with evanescent electromagnetic field. Interaction of resonant light absorption is dominant in the case of gases, while the change of the mode profile and propagation constant due to change of liquid refractive index is dominant for liquids. In both cases the film porosity enables better overlapping of the mode field with the measurand which brings higher sensor sensitivity. Influence of thin film parameters on sensor performances, sensitivity and range, as well as optimization of sensor geometry with the goal to obtain the best sensitivity are the topics of investigation presented in this dissertation. Used film parameters and their variations are experimentally determined. The outcome of the investigation is the proposed design of the optical sensors for determination of fluid concentration based on usage of known nanotechnologies. It has been shown that the best gas sensor sensitivity is obtained in the case of waveguiding structures which support modes picked in the thin film area. Also, it is shown that usage of porous films increases the sensor sensitivity 20 times with respect to nonporous films and that the small variation of the film thickness (1nm) and porosity (1.5%) significantly decreased the sensor sensitivity. Calculations are conducted for CO2 in near infrared spectrum...

U ovom radu prikazani su razvoj i usavršavanje tehnološkog procesa vlažnog anizotropnog hemijskog nagrizanja silicijuma orijentacije (100) u vodenom rastvoru tetrametil-amonijum hidroksida (TMAH) koncentracije 25 tež. % na temperaturi od 800 C. Razvoj maskless tehnike nagrizanja silicijuma u vodenom rastvoru TMAH je odredio kristalografske ravni koje se pojavljuju tokom ove vrste nagrizanja. Preostale kristalografske ravni su određene dodatnim nagrizanjem silicijumskih struktura definisanih kvadratnim likovima sa stranicama projektovanim u različitim kristalografskim pravcima. Određene su brzine nagrizanja uočenih kristalografskih ravni merenjem odgovarajućih parametara. Na osnovu brzina nagrizanja i pojavljivanja i nestajanja uočenih kristalografskih ravni tokom nagrizanja objašnjen je mehanizam nagrizanja u vodenom rastvoru TMAH koncentracije 25 tež. % na temperaturi od 800 C. Mehanizam anizotropnog nagrizanja silicijuma u vodenom rastvoru TMAH definisao je ograničenja tehnološkog procesa. Razvijene su tehnike kompenzacije konveksnih i konkavnih uglova i tehnika maskless nagrizanja čiji je cilj prevazilaženje uočenih ograničenja. Prikazane su primene osvojenih tehnika nagrizanja u vodenom rastvoru TMAH u izradi različitih trodimenzionalnih silicijumskih struktura, u izradi novih MEMS senzora i poboljšavanju postojećih senzorskih struktura This dissertation presents the development and improvement of the technological process of wet anisotropic chemical etching in a 25 wt % TMAH water solution at а temperature of 800 C of a (100) silicon substrate. The development of a maskless etching technique in TMAH water solution has determined all the silicon crystallographic planes that appeared during this type of etching. The remaining crystallographic planes were determined by additional etching of silicon structures that had been defined by square islands with the sides designed along various crystallographic directions. The etch rates of all exposed planes have been calculated by measuring the time dependence of the appropriate parameters. Various silicon crystallographic planes have different etch rates and some planes disappear while others appear during etching. Based on these facts, a mechanism of wet silicon etching in 25 wt % TMAH water solution at a temperature of 800 C is explained. The mechanism of anisotropic etching in TMAH water solution has determined the limitations of this technological process. Convex corner compensation, concave corner compensation and maskless techniques were developed to overcome the observed limitations. As examples of the developed techniques in TMAH water solution, various 3D silicon structures, new and improved MEMS sensors structures have been fabricated.

Cilj ovog rada je poboljšanje, razvoj i primena impulsne termografije kao eksperimentalnog metoda za otkrivanje defekata u materijalu. Da bi se ostvario taj zadatak, rad je usmeren ka tri sledeća pravca: 1. Eksperimentalna istraživanja koja obuhvataju razvoj i poboljšanja uslova za merenje i akviziciju podataka. 2. Teorijska istraživanja koja obuhvataju analitičko i numeričko rešavanje sistema parcijalnih diferencijalnih jednačina provođenja toplote kondukcijom uz odgovarajuće početne i granične uslove. 3. Teorijska istraživanja koja podrazumevaju primenu metode i procedure u impulsnoj infracrvenoj termografiji za date teorijske i eksperimentalne uslove. U toku prvog dela istraživanja, izrađeni su posebni uzorci pipremljeni za eksperiment, gde su na jednoj strani ploče podjednako razmaknuti žljebovi praveći periodičnu defektnu strukturu sa određenom prostornom frekfencijom i određenom dubinom. Druga strana ploče bila je ozračena kratkim svetlosnim impulsom i temperaturna raspodela na istoj strani bila je analizirana impulsnom infracrvenom termografijom. U drugom delu testirani su različiti modeli koji opisuju dvodimenzionalnu kondukciju toplote kroz planparalelnu ploču sa defektom u obliku žljeba sa ravnim dnom sa opštim i posebnim početnim i graničnim uslovima. U trećem delu izvršeno je poređenje eksperimentalnih rezultata i rezultata simulacije u cilju utvrđivanja uslova i granica primenljivosti metoda za periodičnu strukturu defekata. Izvršena je teorijska analiza i eksperimentalna provera metoda u slučaju defekata u aluminijumskoj ploči. The aim of this paper is improving, development and application of pulsed thermography as experimental method for detection of defect in material. To accomplish this, the paper has 3 aspects: 1. Experimental research including оf development and improving conditions for measuring and data acquisition. 2. Theoretical research containing of analitycal and numerical solving the system of partial differential equations for heat convection by conduction, with corr esponding initial and boundary conditions. 3. Theoretical research considering method and procedure application in pulsed infrared thermography for given theoretical and experimental conditions. During the first part of research, specific samples were prepared for experiment where at one side of the plate equally spaced slots are forming the periodical structure of defects with defined spatial frequency and depth. The other side of plate was irradiated with short light pulse and temperature distribution on that side was analized by pulsed infrared thermography. The second part of the research, considers different models describing twodimensional heat conduction through planparallel plate with defect in form of flat-bottom slot, with general and specific initial and boundary conditions. In the third part of research, comparison of experimental results and results of simulation was made to determine the conditions and limits of method applicability for periodically structured defects. The theoretical analysis and experimental testing of the method was done for the defects in aluminum plate.

U ovom radu prikazani su razvoj i usavršavanje tehnološkog procesa vlažnoganizotropnog hemijskog nagrizanja silicijuma orijentacije (100) u vodenom rastvorutetrametil-amonijum hidroksida (TMAH) koncentracije 25 tež. % na temperaturi od 800C.Razvoj maskless tehnike nagrizanja silicijuma u vodenom rastvoru TMAH je odrediokristalografske ravni koje se pojavljuju tokom ove vrste nagrizanja. Preostalekristalografske ravni su određene dodatnim nagrizanjem silicijumskih struktura definisanihkvadratnim likovima sa stranicama projektovanim u različitim kristalografskim pravcima.Određene su brzine nagrizanja uočenih kristalografskih ravni merenjem odgovarajućihparametara. Na osnovu brzina nagrizanja i pojavljivanja i nestajanja uočenihkristalografskih ravni tokom nagrizanja objašnjen je mehanizam nagrizanja u vodenomrastvoru TMAH koncentracije 25 tež. % na temperaturi od 800C. Mehanizam anizotropnognagrizanja silicijuma u vodenom rastvoru TMAH definisao je ograničenja tehnološkogprocesa. Razvijene su tehnike kompenzacije konveksnih i konkavnih uglova i tehnikamaskless nagrizanja čiji je cilj prevazilaženje uočenih ograničenja. Prikazane su primeneosvojenih tehnika nagrizanja u vodenom rastvoru TMAH u izradi različitihtrodimenzionalnih silicijumskih struktura, u izradi novih MEMS senzora i poboljšavanjupostojećih senzorskih struktura This dissertation presents the development and improvement of the technologicalprocess of wet anisotropic chemical etching in a 25 wt % TMAH water solution at аtemperature of 800C of a (100) silicon substrate. The development of a maskless etchingtechnique in TMAH water solution has determined all the silicon crystallographic planesthat appeared during this type of etching. The remaining crystallographic planes weredetermined by additional etching of silicon structures that had been defined by squareislands with the sides designed along various crystallographic directions. The etch rates ofall exposed planes have been calculated by measuring the time dependence of theappropriate parameters. Various silicon crystallographic planes have different etch ratesand some planes disappear while others appear during etching. Based on these facts, amechanism of wet silicon etching in 25 wt % TMAH water solution at a temperature of800C is explained. The mechanism of anisotropic etching in TMAH water solution hasdetermined the limitations of this technological process. Convex corner compensation,concave corner compensation and maskless techniques were developed to overcome theobserved limitations. As examples of the developed techniques in TMAH water solution,various 3D silicon structures, new and improved MEMS sensors structures have beenfabricated.