- / -

Η παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία ασχολείται με τον άμεσο υπολογισμό του μη γραμμικού δείκτη διάθλασης με τη βοήθεια μιας απλής μαθηματικής σχέσης και ενός πίνακα που παράγαμε, εφαρμόζοντας την τεχνικής Ζ-scan με απευθείας μέτρηση των διαστάσεων της δέσμης και τη χρήση ελλειπτικής γκαουσιανής δέσμης. Προτού αναφερθούμε στη μέθοδο υπολογισμού που προτείνουμε, θα γίνει εισαγωγή στη μη γραμμική οπτική, στη συνέχεια θα αναλυθούν οι βασικές μορφές των δεσμών λέιζερ που χρησιμοποιούνται και μετά τα φαινόμενα της αυτό-εστίασης και από-αύτο-εστίασης, που είναι βασικά για την κατανόηση της λειτουργίας της τεχνικής Ζ-scan και της ερμηνείας των καμπυλών Ζ-scan. Έπειτα παρουσιάζεται η τεχνική Ζ-scan και οι διάφορες παραλλαγές της με τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα τους. Κατόπιν μελετάται η μορφή των καμπυλών Ζ-scan με απευθείας μέτρηση των διαστάσεων της δέσμης για κυκλικές και ελλειπτικές Γκαουσιανές δέσμες. Τέλος, εξηγούμε πως μέσω πολλών εξομοιώσεων Ζ-scan που πραγματοποιήσαμε, καταφέραμε να παράγουμε τη μαθηματική σχέση και τον αντίστοιχο πίνακα, που μας φέρνουν στο επιθυμητό αποτέλεσμα του υπολογισμού του μη γραμμικού δείκτη διάθλασης ενός υλικού αποφεύγοντας τους επίπονους και χρονοβόρους μαθηματικούς υπολογισμούς του παρελθόντος. / -

Μελέτη διφωτονικά διεγερμένου φθορισμού για τον υπολογισμό των ενεργών διατομών διφωτονικής απορρόφησης οργανικών μορίων. / Study of the two photon excitation fluorescence for the estimation of two photon cross sections of organic molecules

- / -

Η παρουσία σκόνης στο πλάσμα απασχόλησε ιδιαίτερα τους μελετητές στην εκτέλεση εφαρμογών υψηλής τεχνολογίας και κατασκευής. Η εμφάνιση των σωματιδίων μέσα σε αντιδραστήρες πλάσματος, μόλυνε τα υποστρώματα, μείωνοντας κατά αυτό το τρόπο την παραγωγική διαδικασία και διαταράσοντας με απρόβλεπτους τρόπους το πλάσμα. Ο σχηματισμός και η πυρήνωση των σωματιδίων μέσα στο πλάσμα είχε τεράστιες επιπτώσεις στις βιομηχανίες (οικονομικές κτλ.). Βέβαια με την πάροδο των χρόνων και τις αλλεπάληλες μελέτες που έγιναν οι επιστήμονες κατάφεραν να ελέγξουν αυτό το συνεχή σχηματισμό σωματιδίων. Με τον καιρό, κάποιοι μελετητές εκμεταλεύτηκαν την παρουσία σκόνης και οδηγήθηκαν στην ανάπτηξη νέων προϊόντων. Αυτή είναι η περίπτωση των πολυμορφικών ηλιακών κυττάρων (δηλ. αμορφα υδρογονωμενα ηλιακά κύτταρα με ενσωματωμένους νανοκρυσταλλίτες). Η κατασκευή αυτή έγινε απο την ομάδα του Roca i Cabarrocas του Πολυτεχνείου Ecole στην Γαλλία. Στην παρούσα εργασία θα γίνει η μελέτη σχηματισμού και ανάπτυξης των σωματιδίων στα διάφορα στάδιά τους και θα παρουσιαστούν διάφοροι τρόποι ανίχνευσης αυτών. Σκοπός μας είναι να βρούμε την ακριβή χρονική στιγμή σχηματισμού της σκόνης και να επεμβαίνουμε ώστε να σταματάμε την περαιτέρω ανάπτυξή της. / -

It is well known now that there exists a coupling between functional brain activity and regional blood flow response in the somatosensory cortex and other cortical areas. Various modalities, including functional magnetic resonance imaging and optical imaging (intrinsic signals as well as fluorescence), have been developed in the past to map functional brain activity. The complexity and fundamental physical constraints of the instruments preclude functional imaging in awake, behaving small animals. This thesis presents the method of Laser Speckle Imaging (LSI) of brain with high spatial and temporal resolution, and potential for imaging awake and behaving animals. The method has the potential to map brain activation with high sensitivity and spatiotemporal resolution without using any exogenous contrast agents. In LSI, scattered laser light with different paths produces a random interference pattern known as speckle, fluctuations of which contain information about the motion of particles in the underlying medium. A post-processing step is needed to extract information out of the speckle images, two of which we introduce in details. Our first method is based on Laser speckle contrast analysis (LASCA), which has been demonstrated as a full-field method for imaging the cerebral blood flow (CBF). However, conventional LASCA is limited to extremely low dynamic range because of the ambient background field, dark current and anomalies in the circuits of CCD camera, which makes it difficult to analyze the spatiotemporal variabilities in CBF. In this study, we propose an enhanced laser speckle contrast analysis (eLASCA) method to improve the dynamic range of LASCA based on monotonic point transformation (MPT). In addition, eLASCA greatly improves the CBF visualization, which is very helpful in demonstrating the details of CBF change. Our second method involves the second order features (SOFs) of the image; they are derived from the cooccurrence matrix that in turn was calculated over the same spatial and temporal window than for the contrast. The image quality metrics - equivalent number of looks, entropy and objective quality – showed superior performance of the SOFs comparing to the contrast analysis. / --

- / -

- / -

Ο βασικός στόχος της συγκεκριμένης διατριβής ήταν να εξεταστεί η δυνατότητα της τεχνικής LIBS όσον σφορά την ταχεία ποιοτική και ποσοτική ανάλυση της μεταλλουργικής σκωρίας (σε στερεή και υγρή μορφή) σε εργαστηριακή και βιομηχανική κλίμακα. Η τεχνική εφαρμόστηκε αρχικά σε καθαρά μέταλλα και έπειτα σε πρότυπα δείγματα τα οποία περιείχαν τα αντίστοιχα στοιχεία σε μήτρα CaO. Μελετήθηκαν τα χαρακτηριστικά του πλάσματος που παράγεται από παλμούς διάρκειας των τάξεων nsec και psec. Η θερμοκρασία πλάσματος και η ηλεκτρονική πυκνότητα μειώνονται παρόμοια ενώ υπολογίστηκαν ελαφρώς υψηλότερες τιμές στην περίπτωση του ns λέιζερ. Οι καμπύλες βαθμονόμησης έδειξαν πως η ευαισθησία της μεθόδου παραμένει σχεδόν η ίδια ανεξαρτήτως της διάρκειας παλμού. Τα όρια ανίχνευσης κυμάνθηκαν στην τάξη μερικών μερών του εκατομμυρίου (ppm). Στη συνέχεια μελετήθηκαν οι δυνατότητες της τεχνικής για on-line ανάλυση της σκωρίας. Ο δυνατότητες της τεχνικής εξαρτώνται κυρίως από τον λόγο (κρατήρας λέιζερ, ΚΛ)/(μέγεθος σχηματιζόμενης φάσης, ΜΣΦ), οι επιφανειακές ανωμαλίες στην στερεοποιημένη σκωρία καθώς και από την κατανομή του κάθε στοιχείου στην μήτρα. Διαπιστώθηκε πως ο βαθμός ανομοιογένειας της σκωρίας δεν επιδρά σημαντικά στην ακρίβεια της μεθόδου όταν ο λόγος ΚΛ/ΜΣΦ είναι μεγάλος. Σημαντική παράμετρος αποτελεί το γεγονός εάν τα στοιχεία βρίσκονται κατανεμημένα στην μήτρα της σκωρίας ή σε κάποια κρυσταλλική φάση. Η επίδραση των επιφανειακών ανωμαλιών στην ακρίβεια της μεθόδου μειώθηκε με την θραύση και πελλετοποίηση της σκωρίας αλλά, κυρίως για τα στοιχεία τα οποία βρίσκονται κατανεμημένα στην μήτρα της σκωρίας, προτείνεται η αποφυγή της πελλετοποίησης για ανάλυση με χρήση της μεθόδου LIBS. Η ακρίβεια της τεχνικής εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τα πρότυπα δείγματα που θα χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή των καμπύλων βαθμονόμησης. Οι καμπύλες βαθμονόμησης της υγρής σκωρίας εμφάνισαν ικανοποιητική γραμμική εξάρτηση μεταξύ της έντασης των γραμμών εκπομπής των στοιχείων με τις αντίστοιχες συγκεντρώσεις ενώ παρατηρήθηκε μικρή αύξηση όσον αφορά τις τιμές των εντάσεων της υγρής σκωρίας σε σχέση με αυτές της στερεάς σκωρίας κάτω από τις ίδιες πειραματικές συνθήκες. Επίσης παρατηρήθηκε μεγαλύτερη διαπλάτυνση στις γραμμές κάποιων στοιχείων στην υγρή σκωρία. Για συγκεντρώσεις >4-5% παρατηρήθηκε επίσης αύξηση στην κλίση των καμπύλων για την περίπτωση της υγρής σκωρίας. Τέλος, κάθε στοιχείο συμπεριφέρεται διαφορετικά σε σχέση με τα υπόλοιπα, από δείγμα σε δείγμα αλλά και από φάση σε φάση. / To investigate the ability of LIBS technique considering the rapid qualitative and quantitative analysis of metallurgic slag was the main objective of the particular thesis. Firstly, the LIBS technique applied on pure metals and then on samples containing the same metals in CaO matrix and the time-resolved characteristics of the plasmas produced by nsec and psec pulses were studied. Both the plasma temperature and electron density are decaying similarly and the space-averaged values determined in the nanosecond case are slightly higher than for the picosecond one. Moreover, the calibration curves obtained, show that the inherent sensitivity of the technique remains almost unaltered independently of the pulse duration. The detection limits were found to be few ppm. Then, the potentiality of LIBS method for quantitative on-line, multi-element slag analysis on plant scale was examined. Further, in order to examine more closely the produced slag, slag samples were analysed in the laboratory. The measurements were performed on solidified slag samples in a pelletized form and on as delivered solidified slag samples. The limits of the accuracy of this technique depend mainly on the laser spot/phase size ratio, the level of surface abnormalities and the distribution of each element in the matrix. The non-homogeneity level of the slag product seems to be not important in LIBS analysis, when the above ratio is quite large. It is of great importance whether the element is embedded in the matrix or in a specific crystallized phase. The influence of surface abnormalities is reduced in the case of pressed slag, but primarily for the elements distributed in the matrix, fragmentation of the slag should be avoided. The accuracy of LIBS quantitative slag analysis is strongly dependent on the standard samples that are used Regarding the liquid slag analysis, the calibration curves presented satisfactory linear dependence between the intensity of analytic lines with the corresponding concentrations while the intensity values of liquid slag appeared to be relatively increased with regard to the intensity values of solid slag under the same experimental conditions. Widening phenomena were characterized the lines of certain elements in liquid slag. For concentrations >4-5% an increased slope in calibration curves of liquid slag was observed. Finally, it was observed that each element behaves in a different way from sample in sample but also from phase in phase.

Η φύση της οπτικής διέγερσης και ο βαθμός της ενδομοριακής μεταφοράς του φορτίου (Intramolecular Charge Transfer, ICT), καθώς επίσης η δυναμική των διεγερμένων στάθμεων, σε δύο νέες οργανικές δομές μορίων , D-π-A (γραμμικό μόριο) και DΑ3 (δενδριμερές - αστεροειδές μόριο με επίκεντρο τον δότη ηλεκτρονίων) έχουν διερευνηθεί με femtosecond φασματοσκοπία χρονικής ανάλυσης (απόσβεση του φθορισμού τους) σε δύο διαφορετικούς διαλύτες, το τολουόλιο (με ασθενή πολικότητα) και το τετραϋδροφουράνιο (με μέτρια πολικότητα). Τα πειραματικά αποτελέσματα με βάση τη σύγκριση των μορίων της ίδιας δομής (DA ή DA3) με προοδευτική αλλαγή των αποδεκτών ηλεκτρονίων (από τους ασθενέστερους προς τους ισχυρότερους) στον ίδιο διαλύτη έδειξαν ότι οι οργανικές δομές με υποκαταστάτες τους ισχυρότερους αποδέκτες ηλεκτρονίων είχαν γρηγορότερη απόσβεση του φθορισμού τους και συνεπώς ισχυρότερη ενδομοριακή μεταφορά του φορτίου. Επιπλέον, η σύγκριση των δύο δομών έδειξε ότι τα δενδριμερή μόρια γενικά παρουσίαζαν ισχυρότερη ενδομοριακή μεταφορά του φορτίου. Επίσης τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι κατά τη σύγκριση των δύο διαλυτών οι αλληλεπιδράσεις διπόλου - διπόλου μεταξύ της διαλυμένης ουσίας και του διαλύτη επιδρά στις φασματικές ιδιότητες των μορίων μειώνοντας την ενέργεια της διεγερμένης στάθμης αφού παρατηρήθηκε ερυθρή μετατόπιση Stoke (red shift Stoke) των φασμάτων φθορισμού των μορίων και ακολούθως οι δομές με τους ισχυρότερους αποδέκτες ηλεκτρονίων παρουσίαζαν μεγαλύτερη απόσβεση του φθορισμού. / The optic excitement and the degree of Intramolecular Charge Transfer (ICT), as well as the dynamics of excited states, two new organic structures of molecules, D-pi-A (linear molecule) and DA3 (dendrimers – molecule with center an electron donor) have been investigated with femtosecond time resolved spectroscopy in two different solvents, toluene (with weak polarity) and tetrahydrofuran (moderate polarity). The experimental results by comparing the molecules of the same structure (DA or DA3) with gradual change of electrons acceptors (from weakest to strongest) in the same solvent showed that the organic structures with strongest electron acceptors had faster decay of the fluorescence and hence a stronger intramolecular charge transfer. Moreover, the comparison of the two structures showed that the dendrimers molecules generally showed stronger intramolecular charge transfer. Also the experimental results showed that when the solvent effect ( interactions dipole – dipole) on spectral properties of molecules by reducing the energy of the excited levels (red shift Stoke) of the fluorescence spectra of molecules and then the structures with the strongest electron acceptors had faster decay of the fluorescence