Στο συγκεκριμένο ερευνητικό πρωτόκολλο μελετήθηκαν οι πιθανές ένοχες βλάβες σε φλεβικά μοσχεύματα ασθενών με οξέα στεφανιαία σύνδρομα με τη μέθοδο της Οπτικής Συνεκτικής Τομογραφίας (OCT). • Οι αθηροσκληρωτικές βλάβες των φλεβικών μοσχευμάτων έχουν μελετηθεί in vivo με τη μέθοδο της αγγειοσκόπησης και της ενδαγγειακής υπερηχογραφίας (IVUS). Απεναντίας, η απεικόνιση των μοσχευμάτων με τη μέθοδο της OCT, η οποία χαρακτηρίζεται από σημαντικά μεγαλύτερη διακριτική ικανότητα σε σχέση με το IVUS και βελτιωμένη διεισδυτική ικανότητα συγκρινόμενη με την αγγειοσκόπηση, δεν έχει μελετηθεί συστηματικά. • Μέθοδος: Η απεικόνιση των ένοχων βλαβών των μοσχευμάτων πραγματοποιήθηκε, κατόπιν αγγειογραφίας τους, με τη μέθοδο χωρίς απόφραξη της OCT σε ασθενείς με ασταθή στηθάγχη (UA), έμφραγμα μυοκαρδίου με ανάσπαση του διαστήματος ST (STEMI) και έμφραγμα μυοκαρδίου χωρίς ανάσπαση του διαστήματος ST (non-STEMI). Ο ινώδης ιστός, ο λιπώδης ιστός, οι εναποθέσεις ασβεστίου, ο θρόμβος και η ρήξη της πλάκας ορίστηκαν σύμφωνα με τα κριτήρια απεικόνισης στοιχείων για την OCT, όπως περιγράφηκαν και στο γενικό μέρος. • Αποτελέσματα: Απεικονίστηκαν 28 φλεβικά μοσχεύματα (μέσης ηλικίας 14.6 ετών) σε 26 ασθενείς. Οι βλάβες χαρακτηρίστηκαν ως σύμπλοκες αγγειογραφικά σε ποσοστό 96.4%, ενώ εμφάνιζαν εξέλκωση σε ποσοστό 32.1% και θρόμβο σε ποσοστό 21.4%. Η OCT αποκάλυψε ινολιπώδη σύσταση σε όλες τις βλάβες, εναπόθεση ασβεστίου στο 32.1% των βλαβών, ρήξη πλάκας σε ποσοστό 60.7% και παρουσία θρόμβου σε ποσοστό 46.4%. Η παρουσία του θρόμβου ήταν προοδευτικά συχνότερη ανάμεσα στις ομάδες ανάλογα με το κλινικό τους σύνδρομο (UA έως STEMI, p=0.003, UA έναντι εμφράγματος μυοκαρδίου, p=0.006). Η λεπτή ινώδης κάψα καταγράφηκε οριακά συχνότερα στους ασθενείς με οξύ έμφραγμα μυοκαρδίου (UA έναντι εμφράγματος μυοκαρδίου, p=0.06, STEMI 100% έναντι non-STEMI 53.3% έναντι UA 20%, p=0.03). Βλάβες με στοιχεία ευθρυπτότητας, όπως απεικονίζονταν στην OCT παρουσιάζονταν σε ποσοστό 67.9%, χωρίς όμως συσχέτιση με την κλινική εικόνα. • Συμπέρασμα: Οι ένοχες βλάβες φλεβικών μοσχευμάτων μεγάλης ηλικίας ασθενών με οξέα στεφανιαία σύνδρομα, όπως αυτές απεικονίζονται στην OCT, εμφανίζουν ινολιπώδη σύσταση, σχετικά λεπτή ινώδη κάψα, ρήξη πλάκας και θρόμβο που συσχετίζονται με το κλινικό φάσμα των οξέων στεφανιαίων συνδρόμων. Αυτά οδηγούν στο συμπέρασμα ότι οι ίδιοι μηχανισμοί αθηροσκλήρωσης που οδηγούν στην εμφάνιση οξέων στεφανιαίων συνδρόμων στα γηγενή στεφανιαία αγγεία, είναι πιθανόν να ενέχονται και στην πρόκληση οξέων στεφανιαίων συνδρόμων λόγω αποτυχίας των φλεβικών μοσχευμάτων. / This study sought to assess, with optical coherence tomography (OCT), presumably culprit atherosclerotic lesions of saphenous vein grafts (SVGs) in patients with acute coronary syndromes (ACS). Background: Atherosclerotic lesions of SVGs have been studied in vivo with angioscopy and intravascular ultrasound. However, imaging with OCT, which has a higher resolution than intravascular ultrasound and better penetration than angioscopy, has not been conducted systematically. Methods Using a nonocclusive OCT technique, we performed angiography and OCT of culprit SVG lesions in patients with unstable angina (UA), ST-segment elevation myocardial infarction (STEMI), and non-STEMI. Fibrous and fatty tissue, calcification, thrombus, and plaque rupture were defined according to OCT objective criteria. Results: Twenty-eight SVGs (average age 14.6 years) in 26 patients were imaged. Lesions on angiography were complex (96.4%), with ulceration in 32.1% and thrombus in 21.4%. OCT disclosed a fibrofatty composition in all lesions, calcification in 32.1%, plaque rupture in 60.7%, and thrombus in 46.4%. Thrombus was progressively more frequent across groups (UA to STEMI, p=0.003; UA vs. myocardial infarction, p=0.006). A thin fibrous cap was marginally more frequent in myocardial infarction patients (UA vs. myocardial infarction, p=0.06; STEMI 100% vs. non-STEMI 53.3% vs. UA 20%, p=0.03). OCT features of friability were present in 67.9% of SVGs not correlating with clinical presentation. Conclusions: OCT of culprit lesions of old SVGs in patients with ACS demonstrates fibrofatty composition, relatively thin fibrous cap, plaque rupture, and thrombus, which correlate with the clinical spectrum of ACS. This suggests that similar mechanisms with native vessels’ atherosclerosis may be involved in SVG-related ACS.

Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η τεχνοοικονομική σύγκριση των δυο αρχιτεκτονικών, ADSL και οπτικών δικτύων και η εξαγωγή συμπερασμάτων για τα σχετικά κόστη και δυνατότητες που αφορούν τις αρχιτεκτονικές αυτές. Οι τελευταίες τεχνολογίες καθώς και οι αυξημένες απαιτήσεις σε χωρητικότητα και ταχύτητα, οδήγησαν σε λύσεις που συνδυάζουν διαφορετικά είδη τεχνολογιών, κυρίως υβριδικές τεχνολογίες, που προσφέρουν τεράστιες δυνατότητες με περιορισμένο κόστος ανά bit. Για τις απαιτήσεις της εποχής η τεχνολογία FTTx (Fiber To The x) και οι διάφορες παραλλαγές της, αποτελούν πολύ υποσχόμενες τεχνολογίες πρόσβασης που προσφέρονται ως βάσεις για τη δημιουργία μεγάλων και αξιόπιστων δικτύων που μπορούν να εξυπηρετήσουν μεγάλο αριθμό πελατών. Ωστόσο, οι πλέον υποσχόμενες τεχνολογίες είναι οι τεχνολογίες FTTx, οι οποίες υλοποιούνται αποκλειστικά με οπτικές ίνες. Όπως θα δούμε σε ήδη υπαρκτά δίκτυα, τα δίκτυα αναμορφώνονται και εξελίσσονται από παλαιότερες τεχνολογίες, αναβαθμίζονται σταδιακά, χωρίς να σημαίνει ότι οι παλαιότερη τεχνολογία μένει σε αχρηστία αμέσως μετά τις αναβαθμίσεις. Γίνονται αναφορές σε περιπτωσιολογικές μελέτες που πρέπει να γίνουν ώστε να είναι όσο το δυνατό πιο εύχρηστο και προσπελάσιμο ένα δίκτυο ενός μητροπολιτικού κέντρου. Η εργασία αυτή ολοκληρώνεται με συναρτήσεις κόστους, για την ολοκλήρωση ενός τέτοιου δικτύου, που εξάγονται υλοποιούνται με χρήση του εργαλείου Matlab. / The primary objective of this work is the techno economic comparison between ADSL and optic fiber networks, the export of conclusions on the relative costs and the capabilities that concern these architectures. The secondary objective is understanding the process of constructing an optical fiber nework. The latest technologic improvements as well as the increased requirements in speed and capacity, lead to solutions that combine different technologies types mainly hybrid technologies, which offer enormous possibilities with limited cost per bit. For present day requirements FTTx (Fiber the The x) can serve a large share of customers as base for creating bigger and more reliable networks. However, this promising technology is exclusively for only optical fiber based FTTx. As it will be shown through examples of already founded networks, they can be reformed and evolved from older technologies, can be progressively upgraded to mach the bandwidth and user capacity of future networks Case studies are performed in order to determine the best case of optical network that should satisfy consumers and telecommuters. This thesis is completed with the research of total cost functions which are imported in Matlab. The cost reports are exported and compared in the form of graphic cost charts.

Τα σύγχρονα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα οπτικών ινών χρησιμοποιούν την τεχνολογία WDM Wavelength Division Multiplexing) η οποία έχει κάνει εφικτή την αξιοποίηση – ως ένα βαθμό– του τεράστιου εύρους ζώνης της οπτικής ίνας. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας θα παρουσιαστούν οι τρεις βασικές οπτικές αρχιτεκτονικές μεταγωγής (οπτική μεταγωγή κυκλώματος –OCS–, οπτική μεταγωγή πακέτου –OPS–, οπτική μεταγωγή ριπής–OBS–) οι οποίες μετατρέπουν τη διαθέσιμη χωρητικότητα σε ωφέλιμο throughput. Ιδιαίτερη έμφαση θα δοθεί στην αρχιτεκτονική OBS, η οποία έχει τραβήξει το ερευνητικό ενδιαφέρον τα τελευταία χρόνια, σαν μια ενδιαφέρουσα εναλλακτική της (ώριμης πλέον) αρχιτεκτονικής OCS. Συγκεκριμένα, θα διερευνηθεί η μετάδοση του TCP πρωτοκόλλου πάνω από OBS δίκτυα μέσα από λεπτομερείς προσομοιώσεις, και θα προταθούν κατάλληλες βελτιώσεις της αρχιτεκτονικής OBS. Ακόμα, θα περιγραφεί μια πρωτότυπη υβριδική αρχιτεκτονική οπτικής μεταγωγής ριπής. / Internet traffic has faced an exploding growth in recent years. The ever-growing demand for multimedia web services, as well as the advent of P2P technology, are driving core networks to their limits. This calls for the design of high capacity core networks, being able to serve the user’s high bandwidth requests. Optical networks have become a key part of the solution, mainly due to the vast capacity of optical fibers. Specifically, the advent of WDM technology has resulted in transmission capacities that have increased manifold in recent years. It is the router/switch throughput, however, that really transforms the raw bit rates into effective bandwidth. In this diploma thesis, we study the three basic optical architectures, that is Optical Circuit Switching (OCS), Optical Packet Switching (OPS) and Optical Burst Switching (OPS). Emphasis is given on OBS architecture, which has drawn research interest in recent year, as a possible replacement for the well-established OCS architecture. Specifically, we will study the transmission of TCP traffic over OBS networks through simulation, and propose modifications for the OBS architecture. Finally, a novel hybrid switch architecture will be proposed, combining the merits of OBS and OCS.

Οι εμποτισμένες με φάρμακα μεταλλικές ενδοπροθέσεις (DES) έχει αποδειχθεί ότι ελαχιστοποιούν την υπερπλασία του ενδοθηλίου των στεφανιαίων αγγείων. Η υπερπλαστική αντίδραση του ουροθηλίου είναι το πιο συχνή επιπλοκή της χρήσης των μεταλλικών ενδοπροθέσεων στον ουρητήρα. Στην παρούσα μελέτη αξιολογήσαμε τις εμποτισμένες με zotarolimus μεταλλικές ενδοπροθέσεις (ZES- Endeavor Resolute, Medtronics Inc, USA) στον ουρητήρα χοίρων και κουνελιών. Μέθοδος: Μία ZES and μία συνήθης μεταλλική ενδοπρόθεση (BMS) τοποθετήθηκαν στον κάθε ουρητήρα 10 χοίρων και 6 κουνελιών. Η τοποθετήση έγινε κυστεοσκοπικά. Αξονική τομογραφία (CT) έγινε για την αξιολόγηση των ουρητήρων του χοίρου και ενδοφλέβιος πυελογραφία (IVP) έγινε για τον ίδιο σκοπό στα κουνέλια. Το πρόγραμμα παρακολούθησης περιλάμβανε CT ή IVP κάθε εβδομάδα για τις επόμενες 4 εβδομάδες για τους χοίρους και 8 εβδομάδες για τα κουνέλια. Σπινθηρογραφήματα νεφρών πριν την τοποθέτηση των ενδοπροθέσεων και κατά την 3 εβδομάδα παρακολούθησης έλαβε χώρα σε όλα τα ζώα. Οπτική τομογραφία συνοχής (OCT) χρησιμοποιήθηκε για την εκτίμηση της κατάστασης του αυλού και τοιχώματος των ουρητήρων που έφεραν τις ενδοπροθέσεις. Ιστοπαθολογική εξέταση των ουρητήρων με τις ενδοπρόθεσεις έγινε με τα παρασκευάσματα να έχουν στερεοποιηθεί σε glycol-methacrylate ρητίνη. Αποτελέσματα: Υπερπλαστική αντίδραση διαπιστώθηκε και στους δύο τύπους ενδοπροθέσεων. Οι BMS ενδοπροθέσεις αποφράχτηκαν πλήρως σε 7 ουρητήρες χοίρων ενώ οι ουρητήρες των ιδίων ζώων που έφεραν ZES ενδοπρόθεση έφεραν υπερπλαστική αντίδραση αλλά δεν κατέληγαν σε απόφραξη. Δύο ουρητήρες κουνελιών με BMS ενδοπροθέσεις αποφράχτηκαν τελείως ενώ όλες οι ZES ενδοπροθέσεις δε συσχετίστηκαν με απόφραξη του ουρητήρα. Διαπιστώθηκε έκπτωση της λειτουργίας 7 νεφρών χοίρων και 2 κουνελιών που είχαν ουρητήρες με αποφραγμένες ενδοπροθέσεις. Η OCT έδειξε αυξημένη υπερπλαστική αντίδραση σε ουρητήρες που έφεραν BMS ενδοπρόθεση σε σχέση με ZES. Παρόλα αυτά, η ιστοπαθολογική εξέταση έδειξε υπερπλαστική αντίδραση παρούσα σε όλες τις ενδοπροθέσεις αλλά σημαντικά περισσότερη υπερπλαστική αντίδραση στις BMS ενδοπροθέσεις. Συμπέρασμα: Οι ZES ενδοπροθέσεις στους ουρητήρες χοίρων και κουνελιών δε συσχετίστηκαν με υπερπλαστική αντίδραση που οδηγούσε σε απόφραξη της ενδοπρόθεσης. Αυτές οι ενδοπροθέσεις συσχετίστηκαν με σημαντικά μικρότερη υπερπλαστική αντίδραση συγκριτικά με τις BMS ενδοπροθέσεις ενώ η φλεγμονώδης αντίδραση ήταν παρόμοια και στους δύο τύπους ενδοπροθέσεων. / Drug eluting stents (DES) proved to minimize neointimal hyperplasia in coronary vessels. Hyperplastic reaction is the most common unwelcome event related to the use of metal mesh stents in the ureter. We evaluated the effect of zotarolimus eluting stent (ZES- Endeavor Resolute, Medtronics Inc, USA) in porcine and rabbit ureter. Methods: A ZES and a bare metal stent (BMS) were inserted in each ureter of 10 pigs and 6 rabbits. The insertion was performed by retrograde approach. Computerized tomography (CT) was used for the evaluation of porcine ureters while intraoperative intravenous pyelography (IVP) for rabbit ureters. The follow-up included CT or IVP every week for the following 4 weeks for pigs and 8 weeks for rabbits. Renal scintigraphies were performed prior to stent insertion and during the 3rd week in all animals. Optical coherence tomography (OCT) has been used for the evaluation of the luminal and intraluminal condition of the stented ureters. Histopathologic examination of the stented ureters embedded in glycol-methacrylate was performed. Results: Hyperplastic reaction was present in both stent types. BMSs in 7 porcine ureters were completely obstructed while porcine ureters stented with ZES had hyperplastic tissue which did not result in obstruction. Two rabbit ureters stented by BMS were occluded while no ZES was associated with ureteral obstruction. The function of the 7 porcine renal units and the two rabbit units with obstructed stented ureter was compromised. The OCT revealed increased hyperplastic reaction in the ureters stented by BMSs in comparison to ZESs. Although, hyperplastic reaction was present in all cases, pathology examination revealed significantly more hyperplastic reaction in BMSs. Conclusion: ZESs in the pig and rabbit ureter were not related to hyperplastic reaction resulting in stent occlusion. These stents were related to significantly lower hyperplastic reaction in comparison to BMSs while inflammation rates were similar for both stent types.

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.

Μια σχετικά νέα περιοχή έντονης ερευνητικής δραστηριότητας ασχολείται με τη μελέτη των οπτικών ιδιοτήτων κβαντικών συστημάτων (ατόμων/μορίων και ημιαγώγιμων κβαντικών τελειών) συζευγμένων με πλασμονικές (μεταλλικές) νανοδομές. Τα ισχυρά πεδία και ο έντονος περιορισμός του φωτός που σχετίζονται με τους πλασμονικούς συντονισμούς οδηγούν σε ισχυρή αλληλεπίδραση μεταξύ των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων και των κβαντικών συστημάτων κοντά σε πλασμονικές νανοδομές. Επιπλέον, χρησιμοποιώντας τα κβαντικά συστήματα μπορεί να επιτευχθεί εξωτερικός έλεγχος των οπτικών ιδιοτήτων της υβριδικής φωτονικής δομής. Στη διδακτορική διατριβή μελετάται θεωρητικά και υπολογιστικά η οπτική απόκριση συμπλεγμάτων κβαντικών συστημάτων με μεταλλικές νανοδομές, δίνοντας έμφαση σε μη-γραμμικές και κβαντικές οπτικές διαδικασίες. Στα συστήματα αυτά τα επιφανειακά πλασμόνια των μεταλλικών νανοδομών επηρεάζουν σημαντικά, τόσο το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που αλληλεπιδρούν τα κβαντικά συστήματα, όσο και το ρυθμό αυθόρμητης εκπομπής των κβαντικών συστημάτων. Μελετάμε απλές και πολύπλοκες μεταλλικές νανοδομές, όπως μια μεταλλική νανοσφαίρα και μια διδιάστατη διάταξη διηλεκτρικών νανοσφαιρών επικαλυμμένων με μέταλλο (μεταλλικοί νανοφλοιοί). Τα κβαντικά συστήματα είναι άτομα/μόρια και κυρίως ημιαγώγιμες κβαντικές τελείες και περιγράφονται από συστήματα δύο, τριών και τεσσάρων ενεργειακών επιπέδων. Δείχνουμε ότι, φαινόμενα όπως δημιουργία κβαντικής συμβολής στην αυθόρμητη εκπομπή, σύμφωνη ελεγχόμενη αναστροφή πληθυσμού, οπτική διαφάνεια και κέρδος χωρίς αναστροφή πληθυσμού, δημιουργία αργού φωτός, τροποποιημένη οπτική μη-γραμμικότητα Kerr και μίξη τεσσάρων κυμάτων, όπως και φαινόμενα ελέγχου μέσω φάσης, εμφανίζονται στα κβαντικά συστήματα και τροποποιούνται σημαντικά λόγω της ύπαρξης της μεταλλικής νανοδομής. / A relatively new area of active research involves the study of the optical properties of quantum systems (atoms/molecules and semiconductor quantum dots) coupled to plasmonic (metallic) nanostructures. The large fields and the strong light confinement associated with the plasmonic resonances enable strong interaction between the electromagnetic field and quantum systems near plasmonic nanostructures. In addition, using the quantum system one may achieve external control of the optical properties of the hybrid photonic structure. In this thesis we analyze both theoretically and computationally the optical response of hybrid nanosystems comprised of quantum emitters and plasmonic nanostructures. We put emphasis on the study of nonlinear and quantum optical processes. In these systems the spontaneous decay rate and the electromagnetic field that interacts with the quantum emitter is significantly modified by the surface plasmons of the plasmonic nanostructures. We study cases of both simple and more involved plasmonic nanostructures. An example of a simple plasmonic nanostructure considered in this thesis is a metallic nanosphere, while a more involved one is a two-dimensional array of metal-coated dielectric nanospheres. The quantum systems are atoms/molecules and especially semiconductor quantum dots and are described by two-level, three-level or four-level systems. We find that several coherent optical phenomena that happen in the quantum systems can be strongly influenced by the presence of the plasmonic nanostructure. Specifically, we show that effects such as quantum interference in spontaneous emission, controlled population inversion, optical transparency and gain without inversion, slow light, enhanced nonlinear optical Kerr effect and four-wave mixing as well as phase-dependent absorption and dispersion profiles can be created and modified.

Στο πλαίσιο της εργασίας αυτής προτείνεται μια τεχνική η οποία προσπαθεί να κάνει ταυτόχρονα εκτίμηση της οπτικής ροής καθώς επίσης και διαμέριση της σκηνής σε διαφορετικά κινούμενα σώματα. Συγκεκριμένα προτείνεται η λύση μιας ακολουθίας προβλημάτων ελαχιστοποίησης. Κάθε πρόβλημα ελαχιστοποίησης προσπαθεί να απομονώσει κάποιο κινούμενο σώμα από την σκηνή και εκτιμά για αυτό μία ταχύτητα. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την εφαρμογή της τεχνικής σε προβλήματα εκτίμησης της οπτικής ροής διαφορετικής πολυπλοκότητας δείχνουν ότι η επίδοση της προτεινόμενης τεχνικής είναι ικανοποιητική. / In this thesis, a method, which tries to estimate the optical flow field, and segment the scene at the same time, is suggested. Specifically, a series of minimization problems are solved. Each of these minimization problems, tries to isolate a moving object from the scene, and estimate for it a velocity. The results from applying the suggested method in several optical flow estimation problems, with varying complexities, show that the performance of the method is very promising.

Η παρούσα εργασία περιλαμβάνει την μελέτη της μη γραμμικής οπτικής απόκρισης διμεταλλικών κραμάτων ευγενών μετάλλων και άλλων μεταλλικών συστημάτων νανοσωματιδίων, είτε περιβεβλημένα με πολυμερή, είτε εγκιβωτισμένα σε μικυλιακά συστήματα συμπολυμερών κατά συστάδες. Τα μέταλλα τα οποία επιλέχθηκαν για την παρασκευή των νανοσωματιδίων ήταν ο χρυσός (Au), ο άργυρος (Ag) και το παλλάδιο (Pd). Τα δύο πρώτα έχουν αποτελέσει τα τελευταία χρόνια αντικείμενο έρευνας σε μορφή κυρίως κολλοειδών διαλυμάτων ή μέσα σε άμορφες μήτρες (π.χ. υάλους) και πολυμερικές μήτρες, καθώς λόγω των εξαιρετικών μη γραμμικοτήτων τους βρίσκουν εφαρμογή σε πληθώρα εφαρμογών της φωτονικής και της οπτο-ηλεκτρονικής. Όσον αφορά τα νανοσωματίδια Pd, οι μη-γραμμικές οπτικές ιδιότητες τους έχουν μελετηθεί ελάχιστα (μόλις μερικές εργασίες στη διεθνή βιβλιογραφία), ενώ είναι η πρώτη φορά που μελετώνται εγκιβωτισμένα σε αμφι-φιλικά συμπολυμερή κατά συστάδες. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, διερευνήθηκε ο ρόλος του επιφανειακού πλασμονίου στην γραμμική και μη-γραμμική οπτική απόκριση νανοσωματιδίων Au, Ag και Pd, όταν αυτά διεγείρονται με ακτινοβολίες λέιζερ γύρω από την συχνότητα συντονισμού του πλασμονίου, καθώς αναμένεται σημαντική ενίσχυση. Στη συνέχεια αυτής της εργασίας, παρουσιάζονται οι μη γραμμικές οπτικές ιδιότητες άλλων χαμηλοδιάστατων νανοδομών, όπως κβαντικών και ανθρακικών ψηφίδων. Στη περίπτωση αυτών, οι μη γραμμικοί μηχανισμοί που προκαλούν την ενίσχυση της απόκρισης τους είναι διαφορετικοί από αυτούς των μεταλλικών νανοδομών. Η δομή της εργασίας έχει ως ακολούθως: Στα δυο πρώτα κεφάλαια αναφέρονται οι βασικές έννοιες της μη γραμμικής οπτικής και φυσικές διεργασίες που σχετίζονται με αυτή, καθώς και οι πειραματικές τεχνικές Z-scan και Οπτικού Φαινομένου Kerr, που χρησιμοποιήθηκαν για τον χαρακτηρισμό των μη γραμμικών οπτικών ιδιοτήτων των νανοσυστημάτων. Τα επόμενα κεφάλαια είναι αφιερωμένα στα πειραματικά αποτελέσματα που προέκυψαν από την μελέτη των μεταλλικών, ημιαγώγιμων και ανθρακικών νανοϋλικών. Συγκεκριμένα, στο κεφάλαιο 3 γίνεται αναφορά στα πειραματικά αποτελέσματα των νανοσωματιδίων μεταλλικών κραμάτων, τα οποία παρασκευάσθηκαν στο Πανεπιστήμιο του Μόντρεαλ από την ερευνητική ομάδα του καθηγητή κ. Μ. Μeunier. Τα νανοσωματίδια χρυσού-αργύρου είχαν διαφορετικές περιεκτικότητες των δύο μετάλλων (δηλ. ΑuxAg(1-x)), ενώ ανάλογα με τη σύσταση τους παρουσίασαν μεταβλητές οπτικές ιδιότητες, συμπεριλαμβανομένου και της θέση του επιφανειακού πλασμονίου. Η μελέτη των διαλυμάτων πραγματοποιήθηκε για μήκος κύματος διέγερσης στην ορατή φασματική περιοχή (δηλ. 532 nm), πολύ κοντά στο επιφανειακό πλασμόνιο του χρυσού. Η επίδραση του επιφανειακού πλασμονίου στην απόκριση των δυο μετάλλων αλλά και των διαφόρων κραμάτων που μελετήθηκαν ήταν εμφανής, προκαλώντας ενίσχυση με αύξηση της περιεκτικότητας σε χρυσό, ενώ ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσίασε η συμπεριφορά των κραμάτων υπό διέγερση ns παλμών, καθώς βρέθηκαν να έχουν θεμελιωδώς διαφορετικές ιδιότητες από αυτές του χρυσού και του αργύρου. Στο κεφάλαιο 4, παρουσιάζονται οι μη γραμμικές οπτικές ιδιότητες συστημάτων πολυμερών/παλλαδίου. Μελετήθηκαν δυο ειδών συστήματα, τα υβριδικά μικυλιακά CbzEMAx-b-AEMAy/Pd και τα PVP/Pd, τα οποία παρασκευάσθηκαν στο τμήμα Μηχανολικών Μηχανολογίας και Κατασκευαστικής του Πανεπιστημίου Κύπρου υπό την επίβλεψη της Επ. καθηγήτριας κ. Κρασιά-Χριστοφόρου. Όπως αποδείχθηκε από τα αποτελέσματα της μελέτης, η απόκριση των συστημάτων δεν επηρεάζεται από το πολυμερικό περιβάλλον, ενώ καθορίζεται αποκλειστικά από το μέταλλο. Τέλος, σημαντικό ρόλο φάνηκε να παίζει το μέγεθος των σωματιδίων ή του μεταλλικού πυρήνα αντίστοιχα. Έπειτα, στο κεφάλαιο 5 μελετώνται χαμηλοδιάστατα υβριδικά συστήματα ιωδιούχου μολύβδου. Η σύνθεση των δειγμάτων πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο του Επ. καθηγητή του τμήματος Επιστήμης των Υλικών του Πανεπιστημίου της Πάτρας, κ. Κούτσελα. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε για διαλύματα μονοδιάστατων κβαντικών ψηφίδων των οκταεδρικών νανοδομών PbI6 και για αιωρήματα της διδιάστατης δομής (FpAH)2PbI4, η οποία απαρτίζεται από μονοστρωματικά φύλλα των δομικών μονάδων (PbI6)4-. Σε όλες τις πειραματικές συνθήκες, το διδιάστατο σύστημα παρουσίασε μια γιγαντιαία ενίσχυση της μη γραμμικότητας συγκριτικά με το μονοδιάστατο, φτάνοντας τις πέντε τάξεις μεγέθους. Τέλος, στο κεφάλαιο 6 παρουσιάζεται η μη γραμμική οπτική απόκριση και ο οπτικός περιορισμός διαφόρων συστημάτων ανθρακικών ψηφίδων, φέροντας διαφορετικές οργανικές αλυσίδες στην επιφάνεια τους. Η σύνθεση των συστημάτων πραγματοποιήθηκε στο τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων από τον Επ. Καθηγητή κ. Μπουρλίνο. Οι διαφορές που εντοπίστηκαν μεταξύ των διαφόρων νανοϋλικών ήταν ουσιώδεις, υποδηλώνοντας τη δυνατότητα προσαρμογής και ελέγχου των μη γραμμικών οπτικών ιδιοτήτων, με κατάλληλη τροποποίηση της επιφάνειας των σωματιδίων. / In the present thesis, the third-order nonlinear optical (NLO) properties of metallic nanoparticles, either encapsulated in polymers or in block copolymers, as well as bimetallic nanoparticles are investigated. Among the purposes of this work is to examine metallic nanostructures based on palladium (Pd), which is one of the least studied metals regarding their nonlinear optical response. In this view, single Pd nanoparticles are compared with another class of recently synthesized Pd-based nanomaterials, i.e., Pd micellar nanohybrids. In addition, gold-silver alloyed nanoparticles are examined and compared with their monometallic counterparts, exhibiting substantial differences and potential application in optoelectronic devices and photonic applications. In all cases, the main motivation of this work is to take advantage of the surface plasmon resonance (SPR), located in the ultraviolet or visible spectral area, to enhance/tailor the NLO properties of the metallic/hybrid nanostructures. As a continuation of the low dimensional metallic structures, the NLO response of some carbon-dots and quantum-dots are investigated, aiming to examine the correlation of their optical nonlinearities with their structure and the origin of the NLO enhancement. Therefore, the structure of this thesis is as follows: Initially the basic concepts of nonlinear optics, the physical processes related with it, as well as the physical mechanisms related to the nonlinear refractive index will be presented. Moreover the equations, which describe the nonlinear optical susceptibilities (linear and nonlinear) will be derived. Then, reference will be made to the optical parameters related to the third order optical nonlinearity and to the experimental techniques which were employed for the determination of the nonlinearity, as well as to the procedure followed to derive the nonlinear optical parameters from the acquired experimental data. Moreover, in the beginning of chapter 3 the theory of SPR in metals will be explicitly presented, followed by the experimental results obtained by the Au-Ag nanoalloys. More in detail, AuxAg(1-x) nanoparticles with varying metallic content and optical properties (i.e., SPR) were excited with resonant irradiation conditions (i.e., close to the SPR maximum) both of ps and ns pulse duration. The results demonstrate a straightforward dependence of the NLO response on the gold molar fraction of the alloys, this being attributed to the different band structures of the systems, thus suggesting a mean of tailoring the NLO properties of bimetallic nanostructures. Also, it is shown that under ns laser excitation the nano-alloys exhibit fundamentally different behavior than pure Au and Ag nanoparticles. The samples were produced by fs laser ablation in the University of Montreal by the research group of Prof. Michel Meunier. In chapter 4, the NLO properties of various polymer/Pd systems will be presented. Two different type of materials were investigated: the hybrid micellar CbzeMAx-bAEMAy/Pd and PVP/Pd, which were synthesized in University of Cyprus under the supervision of Prof. Theodora Krasia-Christoforou. As shown, the polymeric environment does not affect the total NLO response, however it can be effectively used to define the size, shape and SPR properties of the nanohybrids. On the contrary, the size of Pd nanoparticles or the micellar core size was found to be determinative for the NLO behavior of the systems. Then, in chapter 5, some low-dimensional hybrid lead-iodide systems are investigated. Specifically, the PbI6 octahedral quantum dots and the two-dimensional (FpAH)2PbI4 structure, consisting of monolayers of (PbI6)4- corner sharing structural units are synthesized in University of Patras, by Prof. Ioannis Koutselas. Under all excitation conditions, the quantum wells were found to exhibit gigantic NLO response in comparison with the quantum dots, reaching even 5 orders of magnitude. Finally, in the last chapter, the NLO response and optical limiting action of a series of carbon-dots, bearing various organic chains attached on their surfaces, will be presented. The carbon-based materials were prepared in the University of Ioannina, by Prof. Athanasios Bourlinos. By comparing the various studied systems, it is shown that the surface passivation is the key to control the NLO behavior of these nanostructures. In this case, of great importance is the sp2/sp3 ratio and consequently the modification of the band structure of carbon-dots, since it can significantly affect their NLO properties.

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν ο προσδιορισμός της υπερπολωσιμότητας δεύτερης τάξης διάφορων φουλλερενίων, παραγώγων φουλλερενίων και διθειολενικών συμπλόκων και η συσχέτιση αυτής με τη χημική δομή των υπό μελέτη υλικών. Για τη μελέτη των μη-γραμμικών οπτικών ιδιοτήτων των υλικών αυτών χρησιμοποιήθηκε η τεχνική Z-scan. Η μη-γραμμική τους απόκριση μελετήθηκε για παλμική διέγερση 35 ps και 8 ns, στα 532 και 1064 nm. Παράγοντες όπως ενίσχυση λόγω συντονισμού, μείωση της συμμετρίας, απεντοπισμός ηλεκτρονίων και μεταφορά φορτίου βρέθηκαν ότι επηρεάζουν σημαντικά τις μη-γραμμικές οπτικές ιδιότητες των συστημάτων αυτών. / The objective of this thesis was the determination of the second-order hyperpolarizability of some fullerenes, fullerene derivatives and dithiolene complexes and the understanding of the relation between the hyperpolarizability and the molecular structure. The non-linear optical properties of the above systems were investigated by the Z-scan technique. In particular, their non-linear optical response was studied under pulsed laser excitation having duration 35 ps and 8 ns, at 532 and 1064 nm. Several factors, like resonant enhancement, symmetry reduction, electron delocalization and charge transfer, were found to influence significantly the non-linear optical properties of these molecules.

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.