- / -

Η παρούσα διατριβή εστιάζεται σε οπτικά τηλεπικοινωνιακά συστήματα με σύμφωνο δέκτη, τετραδική διαμόρφωση φάσης και πολύπλεξη κατά πόλωση. Το κυριότερο πλεονέκτημα αυτών των συστημάτων σε σύγκριση με τα συμβατικά οπτικά τηλεπικοινωνιακά συστήματα με δέκτες άμεσης φώρασης είναι οι αυξημένες δυνατότητες ψηφιακής επεξεργασίας σήματος στο δέκτη, που καθιστά εφικτή την εξίσωση των φαινομένων διάδοσης και την αποπολύπλεξη πόλωσης με ηλεκτρονικά μέσα. Μελετώνται διατάξεις ηλεκτρονικής επεξεργασίας σήματος. Η μελέτη διεξάγεται με χρήση προσομοίωσης με τη βοήθεια ηλεκτρονικού υπολογιστή. Προτείνεται η χρήση δύο πρωτότυπων μεθόδων αποπολύπλεξης σημάτων πολυπλεγμένων κατά πόλωση, με πλεονεκτήματα ως προς την απόδοση, την αξιοπιστία και την ταχύτητα σύγκλισης σε σύγκριση με τις μεθόδους που έχουν προταθεί στη βιβλιογραφία Στη συνέχεια μελετάται η απόδοση των ηλεκτρονικών εξισωτών ελαχίστου μέσου τετραγώνου (least-mean square) και σταθερής περιβάλλουσας (constant modulus algorithm) στην εξίσωση της χρωματικής διασποράς και της διασποράς τρόπων πόλωσης, τόσο μεμονωμένα, όσο και από κοινού. Στη μελέτη μας συμπεριλαμβάνουμε το θόρυβο φάσης και την ενδιάμεση συχνότητα, αίροντας αντίστοιχες απλοποιήσεις που συνήθως γίνονται στη βιβλιογραφία. Ακολούθως αναφερόμαστε στο πρόβλημα του εκφυλισμού του πίνακα συντελεστών των εξισωτών ελαχίστου μέσου τετραγώνου και σταθερής περιβάλλουσας παρουσία έντονης διεξασθένησης. O πίνακας συντελεστών στον οποίο έχει συγκλίνει ο εξισωτής ονομάζεται εκφυλισμένος όταν παράγεται η ίδια απεσταλμένη ακολουθία συμβόλων και στις δύο εξόδους του εξισωτή. Προτείνουμε τη χρήση του πολυχρηστικού εξισωτή σταθερής περιβάλλουσας (multiuser constant modulus algorithm equalizer). Η λύση που προτείνεται έχει πλεονεκτήματα αξιοπιστίας και απλότητας σε σχέση με αντίστοιχες προτάσεις στη βιβλιογραφία, και αποδεικνύεται η άριστη απόδοσή της. Στη συνέχεια, γίνεται αναφορά στο φαινόμενο της ανισοσταθμίας ορθογωνιότητας που παρατηρείται στα οπτικά συστήματα με σύμφωνους δέκτες και αποτελεί ένα φαινόμενο το οποίο, κατά κανόνα, παραβλέπεται στις μελέτες της βιβλιογραφίας και αποδεικνύεται το ότι οι συμβατικοί ηλεκτρονικοί εξισωτές δεν μπορούν να το αντιμετωπίσουν. Τέλος, παραθέτουμε αποτελέσματα από την επεξεργασία πραγματικών πειραματικών δεδομένων, για την επαλήθευση των συμπερασμάτων που προέκυψαν θεωρητικά. / This PhD dissertation focuses on optical communication systems utilizing coherent receiver, quadrature phase modulation and polarization multiplexing. Their main advantage compared to conventional systems is the ability to perform extended digital signal processing, in order to compensate for transmission effects and to successfully demultiplex polarization multiplexed signals. We study such DSP modules with the help of computer simulations. We propose two novel polarization demultiplexing algorithms, with advantages in performance reliability and convergence speed compared to conventional methods. One of the two methods utilizes training procedure, an approach not yet studied enough in the literature. Next, we study the performance of least mean square and constant modulus algorithm equalizers in mitigating chromatic dispersion and polarization mode dispersion, both separately and in combination. We include in our study phase noise and intermediate frequency offset, without the simplifications usually found in the literature. Next, we address the subject of equalizer degeneration, which describes the phenomenon when both equalizer outputs transmit one of the two polarization multiplexed signals. We propose the use of multi-user constant modulus algorithm, which is an enhanced version of the conventional constant modulus algorithm. We prove that our solution has excellent performance as well as reliability and simplicity advantages compared to other methods. Next, we prove that quadrature imbalance is a ubiquitous phenomenon that cannot be addressed with conventional electronic equalizers and should not be omitted as is often the case. Finally, we present results derived from the application of some of the proposed algorithms on real experimental data, and prove the consistency of the theoretical derived results.

Στην παρούσα εργασία μελετάται η περιοχή της Πάτρας ως προς τη διασπορά των σωματιδίων καθώς και η επίδρασή τους στην ανθρώπινη υγεία. Στο πρώτο μέρος δίνονται κάποια στοιχεία όσον αφορά την ατμόσφαιρα (γενικά), την ατμοσφαιρική ρύπανση, τα ατμοσφαιρικά σωματίδια (διαχωρισμός, μέθοδοι προσδιορισμού), η νομοθεσία που αφορά την ατμοσφαιρική ρύπανση καθώς και τα πρότυπα ποιότητας αέρα για τα αιωρούμενα σωματίδια. Επίσης αναλύονται και οι επιπτώσεις των αιωρούμενων σωματιδίων στον άνθρωπο. Στο δεύτερο μέρος γίνεται η γεωγραφική και η γεωλογική τοποθέτηση της περιοχής μελέτης (Πάτρα). Στο τρίτο μέρος παρουσιάζεται η διασπορά των σωματιδίων στην περιοχή μελέτης και στο τέταρτο μέρος παρατίθενται συμπεράσματα και λύσεις. / In this paper we study the area of Patras on the dispersion of particles and their effect on human health. In the first part are some data on the atmosphere (generally), atmospheric pollution, atmospheric particles (separation, assay methods), the legislation on air pollution and air quality standards for particulate matter. And also, analyzed the effects of particulate matter in humans. In second place is the geographical and geological study of the area, (Patras). The third part shows the dispersion of the particles in the study area and the fourth part reflects conclusions and solutions.

Η παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή ανήκει στο επιστημονικό πεδίο της Στατιστικής Θεωρίας Αποφάσεων και αποσκοπεί στην κατασκευή βελτιωμένων διαστημάτων εμπιστοσύνης για την διασπορά ενός πληθυσμού που προέρχεται από κανονική κατανομή. Η μελέτη του προβλήματος της κατασκευής ενός διαστήματος εμπιστοσύνης για την διασπορά μιας κανονικής κατανομής, παρουσιάστηκε στην εργασία του Shorrock (1990). Ειδικότερα, ο Shorrock σε αυτή του τη μελέτη κατασκεύασε διαστήματα εμπιστοσύνης που εξαρτώνταν από την δειγματική διασπορά και από τον δειγματικό μέσο. Συγκεκριμένα, τα νέα αυτά διαστήματα έχουν το ίδιο μήκος με το κλασικό διάστημα εμπιστοσύνης για την διασπορά, αλλά έχουν ομοιόμορφα μεγαλύτερη πιθανότητα κάλυψης. Αρχικά, εξετάζουμε λεπτομερώς τα γνωστά διαστήματα εμπιστοσύνης και πιο συγκεκριμένα, το διάστημα εμπιστοσύνης ίσων ουρών, ελαχίστου μήκους, λόγου πιθανοφανειών και το αμερόληπτο διάστημα εμπιστοσύνης για να γίνουν οι απαραίτητες συγκρίσεις με τα διαστήματα που θα παραχθούν στη συνέχεια. Το πρώτo διάστημα κατασκευάζεται ακολουθώντας μία διαδικασία που είναι αντίστοιχη με την μεθοδολογία εύρεσης του εκτιμητή τύπου Stein, γι' αυτό και το διάστημα που προκύπτει, ονομάζεται διάστημα εμπιστοσύνης τύπου Stein. Η κατασκευή του επόμενου διαστήματος βασίζεται στην μεθοδολογία εύρεσης του εκτιμητή Brown (1968) γι' αυτό και ονομάζεται διάστημα εμπιστοσύνης τύπου Brown. Κατ' όπιν και σε αναλογία με την μεθοδολογία εύρεσης των εκτιμητών Brewster and Zidek (1964) γενικεύεται το προηγούμενο διάστημα κατασκευάζοντας το διάστημα εμπιστσύνης Brewster and Zidek, το οποίο αποδεικνύεται με τη σειρά του ότι, είναι ένα γενικευμένο διάστημα Bayes. Έτσι, κάνοντας τη σύγκριση ως προς την πιθανότητα κάλυψης μεταξύ των νέων αυτών διαστημάτων και του κλασικού διαστήματος εμπιστοσύνης αποδεικνύεται πως αυτή είναι ομοιόμορφα μεγλύτερη για τα νέα διαστήματα. / This master thesis belongs to Statistic Decision Theory field and its purpose is the construction of improved confidence intervals for a normal variance. These intervals were studied by Shorrock (1990). Especially, the usual confidence interval for the variance of a normal distribution, is a function of the sample variance alone. However, in his work Shorrock constructs intervals for variance that also depend on the sample mean. The new intervals have the same length as the shortest interval, depending only on the sample variance and have uniformly higher probability of coverage. Initially, we study well known confidence intervals such as, confidence interval with equal tails, confidence interval of minimum length and then we construct the improved ones. More specifically, we construct a confidence interval analogue of the point estimator in Stein (1964), a confidence interval analogue of the point estimator in Brown (1968) and a Brewster and Zidek (1974) confidence interval, which is also a generalized Bayes interval. Thus, we understand that the intervals above, are improved because they have uniformly greater coverage probability than the shortest one.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία προσομοιώνεται η διασπορά τρόπων πόλωσης σε συστήματα οπτικών επικοινωνιών. Ο στόχος μας είναι να προσεγγίσουμε τη θεωρητική συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας που ακολουθεί η διασπορά τρόπων πόλωσης, η οποία αποδεικνύεται ότι είναι η μαξγουελιανή. / In this thesis we discuss the problem of simulation of the polarization dispersion mode in lightwave systems. Our purpose is to approach the theoretical probability density function of the polarization dispersion mode, which is proved to be maxwellian.

Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι ο κίνδυνος ρύπανσης των αντλητικών γεωτρήσεων της ΔΕΥΑ Πάτρας από ρύπους που μεταφέρονται μέσα στο υδροφόρο στρώμα, τόσο μέσω του νερού που εμπλουτίζει τον υδροφορέα, όσο και από τοπικές ρυπάνσεις που προέρχονται από ανθρώπινες δραστηριότητες. Σημειώνεται ότι ο υδροφορέας του Γλαύκου ποταμού είναι ένας σημαντικός ταμιευτήρας γλυκού νερού για την πόλη των Πατρών. Εξετάστηκε η εξάπλωση ρυπάνσεων που μπορούν να προέρχονται (i) από τον ποταμό Γλαύκο, (ii) από την περιοχή των χειμάρρων Διακονιάρη–Ελεκίστρας, (iii) από την περιοχή Σαραβαλίου–Κρήνης, όπου ο υδροφορέας του Γλαύκου εμπλουτίζεται πλευρικά με σημαντικές ποσότητες νερού που προέρχονται από τους ανάντη καρστικούς σχηματισμούς, (iv) από το νερό της βροχής που κατεισδύει στη μη αστικοποιημένη περιοχή του υδροφορέα και (v) από σημειακές ρυπάνσεις που μπορεί να προκύψουν σε περιοχές με έντονες ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Μια τέτοια περιοχή είναι η περιοχή της δημοτικής Λαχαναγοράς. Η διερεύνηση έγινε με το αριθμητικό μοντέλο MT3DMS (Zheng and Wang, 1999). Οι μηχανισμοί μεταφοράς που ελήφθησαν υπόψη είναι η μεταγωγή και η υδροδυναμική διασπορά. Θεωρήθηκε ότι οι ρύποι διαλύονται στο νερό χωρίς να επηρεάζουν την πυκνότητα και το ιξώδες του. Η διείσδυση του θαλασσινού νερού στην παράκτια ζώνη, η οποία επηρεάζει την ροή του γλυκού νερού προς τη θάλασσα, ελήφθη προσεγγιστικά υπόψη (βλέπε Κεφάλαιο 4). Τα υδραυλικά χαρακτηριστικά καθώς επίσης και τα μεγέθη του υδρολογικού ισοζυγίου του υδροφορέα ελήφθησαν από την διδακτορική διατριβή του Ζιώγα (2013). / In this Master’s Thesis, the numerical simulation of groundwater contaminant transport in the coastal aquifer of Glafkos river is studied. The study region is located southwest of the city of Patras in Greece.

Ο στόχος της παρούσας εργασίας είναι η περαιτέρω κατανόηση και ποσοτική σύνδεση φαινομένων μεταφοράς που λαμβάνουν χώρα σε πορώδη μέσα με τα αντίστοιχα φαινόμενα στην κλίμακα λίγων πόρων. Η επέκταση των αποτελεσμάτων από την κλίμακα πόρου στην κλίμακα του πορώδους μέσου δεν είναι προφανής και για το λόγο αυτό η τοπολογία και μορφολογία της πορώδους δομής αντιμετωπίζονται εδώ με δίκτυα πόρων, με έμφαση στα φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα στις διασταυρώσεις, αλλά και με ψηφιακές αναπαραστάσεις της δομής με βάση μικροφωτογραφίες δείγματος του υλικού. Συγκεκριμένα, στην εργασία αυτή εξετάζεται η διασπορά μορίων διαλυμένης ουσίας σε δίκτυα πόρων, παρουσιάζεται μία καινούργια τεχνική ανακατασκευής ανομοιογενών πορωδών υλικών και αναπτύσσεται μια μέθοδος προσομοίωσης της ροής αερίων δια μέσου ανακατασκευασμένων πορωδών υλικών στη μεταβατική περιοχή ροής όπου η μέση ελεύθερη διαδρομή των μορίων ενός αερίου είναι συγκρίσιμη με το μέγεθος των πόρων οπότε και παύει να ισχύει η συνήθης παραδοχή του συνεχούς. Η επίδραση της ανάμειξης μέσα σε πόρους ή στις διασταυρώσεις πόρων/ρωγμών στη διασπορά μορίων διαλυμένης ουσίας σε πορώδη μέσα ερευνήθηκε μέσα από την ανάπτυξη και χρήση διαφορετικών τεχνικών προσομοίωσης με έμφαση στις λεπτομέρειες της ροής και της μεταφοράς μάζας στην περιοχή της διασταύρωσης. Βρέθηκε ότι μία νέα μέθοδος τυχαίου περιπάτου αναπαράγει με καλή ακρίβεια το συντελεστή διασποράς σε χαμηλές και μεσαίες τιμές του Peclet, χάρη στο γεγονός ότι λαμβάνει υπ’ όψη την ανάντι της ροής κίνηση των σωματιδίων και τους διαφορετικούς χρόνους παραμονής μέσα σε κάθε κλάδο. Παράλληλα αναπτύχθηκε μία καινοτόμος μέθοδος ανακατασκευής πορωδών μέσων. Η τεχνική στηρίζεται στο διφασικό πρότυπο δικτύου Boltzmann, το οποίο περιγράφει την εξέλιξη συστημάτων υγρού-αερίου υπό την επίδραση της διεπιφανειακής τάσης. Ο μηχανισμός αυτός οδηγεί στη δημιουργία συσχετισμένων δομών, όπου τόσο η μορφολογία του πορώδους μέσου όσο και ο βαθμός συσχέτισής του καθορίζονται από τις λειτουργικές παραμέτρους του προτύπου. Η τεχνική εφαρμόστηκε επιτυχώς σε πραγματικό δείγμα εδάφους με αφετηρία την πληροφορία που δίνεται από μία μικροφωτογραφία μίας στατιστικά χαρακτηριστικής τομής του. Τέλος, μελετήθηκε η ροή αερίων σε πορώδη μέσα, σε πεπερασμένους αριθμούς Knudsen, όπου η μέση διάμετρος των πόρων είναι της ίδιας τάξης με τη μέση ελευθέρα διαδρομή των μορίων του αερίου. Η μελέτη έγινε με τη μεσοσκοπική μέθοδο DSMC. Ο έλεγχος της αξιοπιστίας της μεθόδου και της παρούσας υλοποίησής της έγινε μέσω της μελέτης της ισοθερμοκρασιακής ροής αερίου μεταξύ παραλλήλων πλακών. Παράλληλα υπολογίστηκε το δυναμικό ιξώδες αερίου σε συνθήκες υψηλής αραίωσης και παρουσιάστηκε η εξάρτησή του από τον αριθμό Knudsen. Βρέθηκε ότι τα αποτελέσματα προσεγγίζονται ικανοποιητικά από μία αναλυτική έκφραση τύπου Bosanquet που συσχετίζει το αποτελεσματικό ιξώδες με την τιμή του στο όριο του συνεχούς και με τον αριθμό Knudsen. Επιπρόσθετα μελετήθηκε για πρώτη φορά με τη μέθοδο DMSC η ροή αερίων σε υπολογιστικά ανακατασκευασμένες πορώδεις δομές. Επιβεβαιώθηκε το φαινόμενο του Klinkenberg και η γραμμική εξάρτηση του συντελεστή διαπερατότητας από την αντίστροφη πίεση. Τέλος χρησιμοποιήθηκε μια διαφορετική προσέγγιση στο πρόβλημα υπολογισμού της ροής στη μεταβατική περιοχή μέσω ανάπτυξης προτύπου δικτύου Boltzmann, κατάλληλα τροποποιημένου για ροές σε συνθήκες αραίωσης. Το πρότυπο δοκιμάστηκε τόσο στην περίπτωση ροής μεταξύ παραλλήλων πλακών όσο και σε ροή σε πορώδη μέσα όπου η συμφωνία με τη μέθοδο DSMC βρέθηκε πολύ ικανοποιητική. / The aim of the present study is the further understanding and quantification of transport phenomena in porous media and their connection with the phenomena in the scale of a few pores. The extension of the results from the pore-scale to the scale of the porous medium is not obvious and for this reason the representation of the porous medium is treated both with pore-networks and digital reconstruction. Specifically, in this study it is examined the dispersion of molecules of a solute in porous networks, a new reconstruction technique is presented for heterogeneous granular materials and also a methodology is developed for the study of gas flow in reconstructed porous media in the transient regime, where the mean free path of the gas molecules is comparable with the characteristic length of the pores and thus the continuum description is no longer valid. The effect of the mixing in the pores or the junctions of the pores on the dispersion of molecules of a solute in porous media is examined through various simulation techniques with emphasis on the details of the flow and mass transport in the area of the junction. It was found that a new random-walk technique is reproducing with good accuracy the dispersion coefficient for low and average values of the Peclet number, due to the fact that it takes into account the backwards, with respect to the main direction of the flow, movement of the molecules and the different residence time in each branch. Furthermore, a new reconstruction technique was developed for porous media. The technique is based on 2-phase lattice Boltzmann model, which describes the evolution of a gas-liquid system under the influence of the surface tension. This mechanism leads to the creation of correlated structures, where the morphology of the porous medium and the correlation factor are determined by the operating parameters of the model. The technique was applied successfully for the reconstruction of a real soil sample, starting from the information that is solely given from a microphotograph of a statistically adequate section of the material. Finally, the gas flow through porous media was examined at moderate Knudsen numbers, where the mean diameter of the pores is of the same order of magnitude with the mean free path of the gas molecules. The study was done mainly with the mesoscopic DSMC technique. The credibility of the technique was examined through the study of the isothermal gas flow through parallel plates. Additionally, the dynamic viscosity of a gas under rarefaction conditions was calculated and its dependence on the Knudsen number was shown. It was found that the results are approximated satisfactorily with an analytical Bosanquet-type equation that relates the effective viscosity with its value at the continuum limit and with the Knudsen number. Furthermore, it was studied for the first time with the DSMC method the gas flow through reconstructed porous media. The Klinkenberg effect was confirmed and the linear dependence of the permeability coefficient on the inverse pressure was shown. Finally an alternative approach was used for the calculation of gas flow though porous media in the transient regime through the development of a lattice Boltzmann model suitably modified for rarefied gas flows. The model was tested for the case of flow through parallel plates as well as for the case of flow through porous media and the agreement with the DSMC method was very satisfactory.

Στην εργασία αυτή, μελετάμε, τόσο με αναλυτικό όσο και με υπολογιστικό τρόπο, γραμμικά και μη γραμμικά οπτικά φαινόμενα σε συστήματα ημιαγώγιμων κβαντικών πηγαδιών GaAs/AlGaAs δύο ενεργειακών υποζωνών, όπου επάγονται διαϋποζωνικές μεταβάσεις, υπό την επίδραση ηλεκτρομαγνητικών πεδίων. Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται μια θεωρητική περιγραφή των ημιαγώγιμων ετεροεπαφών. Ακολουθούν βασικά στοιχεία της στατιστικής και κβαντικής μηχανικής. Στο δεύτερο κεφάλαιο, εξάγονται οι γενικευμένες εξισώσεις Bloch για τις διαϋποζωνικές μεταβάσεις σε ημιαγώγιμα κβαντικά πηγάδια, στις οποίες ενυπάρχουν όροι που υπεισάγουν τις μη αμελητέες, λόγω εμπλουτισμού, αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ηλεκτρονίων. Οι εξισώσεις αυτές αποτελούν τη βάση της μελέτης που ακολουθεί. Στα δύο επόμενα κεφάλαια, μελετούμε την αλληλεπίδραση μιας δομής διπλών συζευγμένων ημιαγώγιμων κβαντικών πηγαδιών με ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο μεταβλητής γωνιακής συχνότητας, καταλήγουμε σε αναλυτικές εκφράσεις για τη οπτική επιδεκτικότητα πρώτης, τρίτης και πέμπτης τάξεως και αναλύουμε τα φάσματα διαφόρων οπτικών φαινομένων, ως προς τη γωνιακή συχνότητα του εξωτερικού πεδίου, για διάφορες τιμές της επιφανειακής ηλεκτρονιακής πυκνότητας της κβαντικής δομής. Επιπλέον, προσδιορίζουμε τις περιοχές όπου λαμβάνουν τιμή οι διάφορες παράμετροι, ούτος ώστε στο σύστημά μας να αναδυθεί η οπτική διστάθεια. Στα τρία τελευταία κεφάλαια, θεωρούμε ότι η ημιαγώγιμη κβαντική δομή αλληλεπιδρά ταυτόχρονα με ένα ισχυρό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο (πεδίο άντλησης) καθορισμένης γωνιακής συχνότητας και ένα ασθενές (πεδίο ανίχνευσης) μεταβλητής συχνότητας και μελετούμε τα φάσματα γραμμικών και μη γραμμικών φαινομένων του πεδίου ανίχνευσης (μίξη τεσσάρων κυμάτων, απορρόφηση, διασπορά, μη γραμμικό οπτικό φαινόμενο Kerr), σε στάσιμη κατάσταση, καθώς και τη χρονική εξέλιξη αυτών. Περιγράφουμε τα φαινόμενα τόσο με αναλυτικές εκφράσεις που εξάγουμε, όσο και με την αριθμητική επίλυση των μη-γραμμικών διαφορικών εξισώσεων του πίνακα πυκνότητας που διέπουν τη δυναμική. Στη μελέτη των φαινομένων αυτών, εξετάζεται η επίδραση της επιφανειακής ηλεκτρονιακής πυκνότητας της κβαντικής δομής στις οπτικές ιδιότητες των κβαντικών πηγαδιών. / In this PhD thesis, we study analytically and numerically linear and nonlinear optical phenomena in intersubband transitions of a symmetric GaAs/AlGaAs double quantum well structure, with two energy subbands. In the first chapter, a theoretical description of the semiconductor heterostructures is presented. This is accompanied with a brief analysis of the basic elements of statistical and quantum mechanics follows, as far as this kind of structures is concerned. In the second chapter, we derive the generalised optical Bloch equations in intersubband transitions of semiconductor quantum well structures, which constitute the basis of the analysis that follows. These equations contain terms which owe their presence to the electron-electron interactions, because the quantum structure is doped with electron carriers. In the two following chapters, we consider the interaction of intersubband transitions of a double quantum well structure with an electromagnetic field of varying frequency, we derive analytical expressions for the first, third and fifth order optical susceptibility and, at last, we analyze the corresponding spectra, with respect to the frequency of the external field, for different values of electron sheet density of the structure. Furthermore, we identify the areas of values of the parameters used, in which the phenomenon of optical bistability arises. In the last three chapters, we consider the two quantum well subbands to be coupled to a strong pump electromagnetic field with fixed frequency and a weak probe electromagnetic field of varying frequency and study the spectra of various linear and nonlinear optical phenomena, which are due to the existence of the probe field. More specifically, we examine the spectra of four-wave mixing, absorption, dispersion and the nonlinear optical Kerr effect of the probe field as they evolve in time and in the steady state. Both analytical expressions are derived and numerical results are presented by solving the nonlinear differential density matrix equations that govern the dynamics of the system. In the study of the different kinds of optical phenomena, the influence of the electron sheet density on the spectral shapes is carefully examined.