Στη συγκεκριμένη διατριβή περιλαμβάνεται όλη η απαραίτητη θεωρία της σεισμικής τομογραφίας όπως και ιστορική αναδρομή των μεθόδων που προηγήθηκαν αυτής που παρουσιάζεται στην ανα χείρας μελέτη. Γίνεται σύγκριση των μεθόδων ειδικά σε δεδομένα από επιφανειακά πειράματα και μελετάται η αντίδραση των αλγορίθμων σε περιπτώσεις εντόνου αντιθέσεως στη ταχύτητα των σεισμικών κυμάτων, αναλυτική μεθοδολογία ανάλυσης αβεβαιοτήτων με στατιστικές μεθόδους, θεωρητική ανάπτυξη του ευθέους αλλά και του αντιστρόφου προβλήματος, χρήση για πρώτη φορά σε ανάλογα προβλήματα των αλγορίθμων Kohonen, μεθοδολογία βέλτιστης λήψης δεδομένων σε δυσχερείς συνθήκες και τέλος λήψη, ανάλυση, ποιοτικός έλεγχος, επεξεργασία και ερμηνεία ενός μεγάλου όγκου σεισμικών δεδομένων, αλλά και ορισμένων γεωηλεκτρικών που έδρασαν συνεπικουρικά, πάνω σε ένα γεωτεχνικό πρόβλημα. Η καινοτομία της διατριβής έγκειται στην εισαγωγή γεωμετρίας Finsler για την επίλυση των προβλημάτων που δημιουργούνται στα επιφανειακά προβλήματα από τις έντονες αντιθέσεις των σεισμικών κυμάτων. / In this PhD we include all the necessary theory on seismic tomography as well as an historical review of older methods. We compare these methods especially on shallow experiments data, we compare the uncertainties with statistical methods, we develop new methods on forward and inverse problem, we use also Kohonen algorithms. The data we gathered apart from seismic ones were also downhole and electrical data in order to compare the validity of the method. We also applied Finsler geometry in order to overpass the problems that occur in shallow experiments.

Στόχος της εργασίας αυτής είναι αφενός μεν η διερεύνηση των νοητικών παραστάσεων των μαθητών 14-15 ετων σε σχέση με τη διάθλαση του φωτός, αφετέρου η διδακτική παρέμβαση σε ένα δείγμα 213 μαθητών διαφόρων σχολείων με τέσσερις διαφορετικές στρατηγικές. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η χρήση των προσομοιώσεων σχεδιασμένων με το λογισμικό ανοικτού τύπου Interactive Physics συνέβαλλε ουσιαστικά στο μετασχηματισμό των αρχικών νοητικών παραστάσων των μαθητών και βελτίωσε ποσοτικά αλλά και ποιοτικά την επίδοση των μαθητών στο γνωστικό αντικείμενο. / This work is the inverstigation of mental representations of 14-15 secondary educatinal students in relation to the refraction of light and the teaching in a samle of 213 students with four different strategies.The results showed that the use of simulations designed with the open source software Interactive Physics significantly contributed to the trasformation of the initial mental representations of students and improved quantitatively and qualitatively the progress of students in the subject .

Η εργασία αυτή περιγράφει αναλυτικά την κατασκευή και αξιολόγηση πειραματικής διάταξης ανακλαστικότητας ακτίνων-Χ, που πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Φυσικής Στερεάς Κατάστασης του τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου Πατρών. Με τη βοήθεια αυτής της πειραματικής διάταξης θα είναι εύκολος ο καθορισμός των χαρακτηριστικών ιδιοτήτων επιφανειών καθώς επίσης και η μελέτη υμενίων τα οποία έχουν προσροφηθεί σε υποστρώματα. Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας παρουσιάζονται οι βασικές σχέσεις υπολογισμού της ανακλαστικότητας καθώς και η μέθοδος ανάλυσης των πειραματικών αποτελεσμάτων. Στο επόμενο κεφάλαιο παρουσιάζονται αναλυτικά όλα τα βήματα που πραγματοποιήθηκαν για την κατασκευή της πειραματικής διάταξης. Στο κεφάλαιο αυτό περιγράφονται όλα τα μηχανικά μέρη του φασματόμετρου καθώς και οι απαιτούμενες ρυθμίσεις που πραγματοποιήθηκαν προκειμένου να εξασφαλιστεί η σωστή λειτουργία του. Με λήψη ενός φάσματος από ένα δείγμα πυριτίου και τον προσδιορισμό των γωνιών Bragg αποδείχθηκε η σωστή λειτουργία του γωνιομέτρου. Το επόμενο βήμα ήταν ο υπολογισμός της διακριτικής ικανότητας της συσκευής. Με υπολογιστικό πρόγραμμα [Ν. Κάτσενου Διπλωματική Εργασία] το οποίο λαμβάνει υπόψη του όλη την γεωμετρία της διάταξης υπολογίστηκε η διακριτική ικανότητα της συσκευής. Η τιμή της είναι 0.0120 και είναι σταθερή για τις γωνίες από 0.20 έως 1.60. Προκειμένου να βελτιωθεί η τιμή της διακριτικής ικανότητας είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν πολύ λεπτές σχισμές τόσο στη λυχνία όσο και στον απαριθμητή. Επιπροσθέτως κατασκευάστηκε ειδική διάταξη, “μαχαίρι”, το οποίο στηρίζεται στην βάση του δείγματος και όπως διαπιστώθηκε βελτιώνει την διακριτική ικανότητα της διάταξης και μειώνει το υπόστρωμα.. Ως τελευταίο βήμα ήταν ο υπολογισμός του υποστρώματος και η διόρθωσή του. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται αναλυτικά η διαδικασία διόρθωσης του υποστρώματος σε ένα φάσμα ανακλαστικότητας. Στην συνέχεια παρουσιάζονται πειραματικές μετρήσεις από διάφορα δείγματα. Σε όλα τα δείγματα χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα πυρίτιο. Στα περισσότερα από αυτά προσροφήθηκε, με την μέθοδο επίστρωσης με περιστροφή του υποστρώματος, πολυστηρένιο. Χρησιμοποιήθηκαν διάφορες συγκεντρώσεις διαλύματος πολυστηρενίου σε τολουόλιο προκειμένου να δημιουργηθούν δείγματα με διαφορετικά πάχη. Επίσης με την μέθοδο της εξάχνωσης εναποτέθηκε υμένιο αλουμινίου σε υπόστρωμα πυριτίου. Από τις πειραματικές μετρήσεις που προέκυψαν για την ανακλαστικότητα προκύπτει ότι η κρίσιμη γωνία ανάκλασης είναι 0.220 ενώ για γωνίες μεγαλύτερες από αυτή η ανακλαστικότητα αρχίζει και μειώνεται απότομα. Μέχρι την γωνία 2.00 η τιμή της ανακλαστικότητας μειώνεται περίπου έξι τάξεις μεγέθους. Χρησιμοποιώντας τις πειραματικές μετρήσεις που πήραμε μπορούμε να εξάγουμε πληροφορίες για το πάχος, την πυκνότητα και την τραχύτητα των επιφανειών που μελετάμε. Διαπιστώθηκε λοιπόν ότι η συσκευή λειτουργεί ικανοποιητικά. Βελτιώσεις που μπορούν να γίνουν αφορούν: α) Την κατασκευή θαλάμου κενού εντός του οποίου θα ευρίσκεται το δείγμα. Η βελτίωση αυτή θα επιτρέψει να λαμβάνονται φάσματα ανακλαστικότητας με πολύ χαμηλό υπόστρωμα. Με τον τρόπο αυτό θα βελτιωθεί η ποιότητα των φασμάτων για γωνίες ανάκλασης μεγαλύτερες από 1.20 γεγονός που θα δώσει πιο σαφής πληροφορίες για τη δομή πολύ λεπτών υμενίων. β) Μακροπρόθεσμα θα τοποθετηθεί στη συσκευή σύστημα παραλληλισμού της δέσμης το οποίο θα αυξήσει την ένταση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας στο δείγμα. Με τον τρόπο αυτό θα ελαττωθεί ο χρόνος λήψης του συνολικού φάσματος ενώ ταυτόχρονα θα βελτιωθεί η στατιστική ιδιαίτερα στις μεγάλες γωνίες σκέδασης και θα καταστεί έτσι άνετη η μελέτη εξαιρετικά λεπτών υμενίων (μικρότερα των 20Å). / -

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.