Η πλαστικότητα - η ικανότητα του εγκεφάλου να αναδιοργανώνει τις συνδέσεις του δομικά και λειτουργικά σε απάντηση μεταβολών της αισθητικής εμπειρίας - είναι απαραίτητη για την ανάπτυξη των νευρικών κυκλωμάτων και την δυνατότητα προσαρμογής του νευρικού συστήματος στο περιβάλλον. Το οπτικό σύστημα έχει για χρόνια αποτελέσει το έδαφος των περισσότερων μελετών της εξαρτώμενης από την εμπειρία πλαστικότητας και αυτό χάριν του εύκολου χειρισμού της οπτικής εμπειρίας καθώς και των συνεπειών αυτής, που δύνανται να μελετηθούν σε ανατομικό και μοριακό επίπεδο αλλά και σε επίπεδο φυσιολογίας. Σε ζώα που μεγάλωσαν στο σκοτάδι από την γέννηση, οι φλοιϊκοί νευρώνες εμφανίζουν ιδιότητες ανώριμου οπτικού συστήματος όπως μεγαλύτερα υποδεκτικά πεδία, μειωμένη ικανότητα προσανατολισμού και κατεύθυνσης και μειωμένη οπτική οξύτητα, όπως αυτών που παρατηρείται κατά την στιγμή του ανοίγματος των οφθαλμών. Η πιο κλασική μορφή πλαστικότητας που χρησιμοποιήθηκε σαν μοντέλο για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η δραστηριότητα συμμετέχει στην δημιουργία των νευρικών κυκλωμάτων είναι αυτή της οφθαλμικής επικράτησης (Hubel and Wiesel, 1963). Παρά το γεγονός ότι το οπτικό σύστημα αποτελεί για πολλά χρόνια ένα από τα καλύτερα μοντέλα για την μελέτη του φαινομένου της πλαστικότητας, εντούτοις οι περισσότερες εργασίες αναφέρονται κυρίως στον οπτικό φλοιό, στο έξω γονατώδες σώμα και στο άνω διδύμιο. Λιγότερες μελέτες αναφέρονται στον αμφιβληστροειδή όπου από τα πειράματα των Chalupa et al (1993) αλλά και Tian et al (2003) φαίνεται ότι η πλαστικότητα ίσως δεν είναι προνόμιο μόνο του οπτικού φλοιού. Οι μελέτες αυτές έδειξαν ότι τόσο φαρμακολογικοί παράγοντες όσο και η οπτική αποστέρηση δύνανται να οδηγήσουν σε αναδιοργάνωση της φυσιολογικής δομής του ιστού του αμφιβληστροειδούς. Το γλουταμινικό οξύ είναι ο κύριος διεγερτικός νευροδιαβιβαστής στο κεντρικό νευρικό σύστημα. Ένας από τους υποδοχείς μέσω των οποίων ασκεί τη δράση του είναι οι υποδοχείς του Ν-μέθυλο-D-ασπαρτικού οξέος (NMDA) οι οποίοι έχουν σημαντικό ρόλο στην πλαστικότητα λόγω της διττής ιδιότητας του να είναι ιοντο-εξαρτώμενοι και τασο-εξαρτώμενοι υποδοχείς. Πληθώρα ερευνών έχει δείξει ότι οι υποδοχείς αυτοί συμμετέχουν στους κυτταρικούς μηχανισμούς για την πλαστικότητα των νευρωνικών κυκλωμάτων όπως LTP (μακρόχρονη ενδυνάμωση) και LTD (μακρόχρονη καταστολή). Μελέτες είτε με φαρμακολογικό αποκλεισμό είτε με γενετική τροποποίηση των υποδοχέων NMDA έχουν δείξει την εξάρτηση της πλαστικότητας των κυκλωμάτων του οπτικού συστήματος από τους υποδοχείς NMDA. Γνωρίζουμε ότι μεταφραστικές και μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις, καθώς και ρύθμιση της διακίνησης των υποδοχέων NMDA παίζουν ενεργό ρόλο στον μηχανισμό πλαστικότητας της γλουταμινεργικής σύναψης. Ένας από τους βασικούς μηχανισμούς ρύθμισης των υποδοχέων NMDA είναι η φωσφορυλίωση που παίζει ρόλο τόσο στην ενδοκυττάρια διακίνηση του υποδοχέα όσο και στις ιδιότητες του διαύλου του υποδοχέα μεταβάλλοντας κατά αυτόν τον τρόπο την συναπτική ισχύ και εν τέλει συμμετέχοντας σε διάφορες μορφές συναπτικής πλαστικότητας. Με βάση τα παραπάνω, σκοπός της παρούσας μελέτης είναι να διερευνήσει τη συμβολή του γλουταμινεργικού υποδοχέα NMDA στην πλαστικότητα του αναπτυσσόμενου οπτικού συστήματος. Η παρούσα διατριβή μελετά την επίδραση της οπτικής εμπειρίας στην ρύθμιση των υπομονάδων του υποδοχέα NMDA στον αμφιβληστροειδή και τον οπτικό φλοιό επίμυων. Συγκεκριμένα, πρώτος στόχος της εργασίας είναι να μελετήσουμε την μεταβολή των επιπέδων έκφρασης των υπομονάδων NR2A και NR2B του υποδοχέα NMDA κατά την ανάπτυξη των επίμυων στο σκοτάδι (οπτική αποστέρηση) στον αμφιβληστροειδή. Δεύτερος στόχος να μελετήσουμε την επίδραση του οπτικής αποστέρησης στην φωσφορυλίωση της υπομονάδας ΝR2B στον αμφιβληστροειδή και στον οπτικό φλοιό. Τρίτος στόχος είναι να μελετήσουμε τα επίπεδα έκφρασης και φωσφορυλίωσης των υπομονάδων του υποδοχέα NMDA μετά από έκθεση στο φως των επίμυων που μεγάλωσαν στο σκοτάδι με σκοπό να εξετάσουμε εάν η ρύθμιση τους από την οπτική εμπειρία είναι αμφίδρομη. / Experimental manipulation of experience during development can have profound effects on the functioning of the resulting circuits. N-methyl-d-aspartate glutamate receptor (NMDAR) activity is required for the establishment and refinement of neural circuits during development. In the present study, the authors addressed the issue of experience-dependent regulation of NMDARs by examining the effects of visual experience and deprivation on subunit composition and subunit phosphorylation of NMDAR in the retina and visual cortex. Methods. Total homogenates were prepared from retinas and visual cortices of 30-day-old (P30) Wistar rats, raised either in a normal 12-hour light/12-hour dark cycle (normal-reared [NR]) or in complete darkness from birth (dark-reared [DR]). Some of the DR animals were exposed to light for 6 hours at P30 (DR+6h). Immunoblotting was performed for the NMDAR subunits, NR2A and NR2B, and for the phosphorylated NR2B subunit protein at serine 1303 (pNR2B-Ser1303). Results. Dark rearing for 1 month decreased the NR2A/NR2B ratio and increased the level of phosphorylation of NR2B subunit at Ser1303 in the retina and visual cortex. Light exposure at P30 reversed the effects of visual deprivation on NMDAR composition and NR2B phosphorylation in both regions. Conclusions. These results indicated that NMDAR subunit composition and NR2B phosphorylation at Ser1303 is regulated bidirectionally by visual experience and deprivation in rat retina and visual cortex.

Σύμφωνα με την πρόσφατη έκθεση της Διακυβερνητικής Επιτροπής για την Κλιματική Αλλαγή (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC), η επίδραση των αιωρούμενων σωματιδίων στο ενεργειακό ισοζύγιο της ατμόσφαιρας κρίνεται ως ιδιαίτερα σημαντική. Αυτό οφείλεται στα φαινόμενα σκέδασης και απορρόφησης που προκαλούν στην ηλιακή ακτινοβολία κατά τη διάδοσή της στην ατμόσφαιρα και στην επίδρασή τους στις ιδιότητες των νεφών. Στην παρούσα διπλωματική εργασία έγινε μια προσπάθεια ανάλυσης των δεδομένων που έχουμε στη διάθεσή μας από το διεθνές δίκτυο επίγειων σταθμών AERONET που λειτουργεί υπό την αιγίδα της NASA και από το δορυφορικό όργανο MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectoradiometer) που βρίσκεται στους δορυφόρους πολικής τροχιάς Terra και Aqua με σκοπό την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με τη χωρική και εποχική διακύμανση των οπτικών ιδιοτήτων των αιωρούμενων σωματιδίων και σχετικά με την αντιπροσωπευτικότητα των επιγείων σταθμών σε σύγκριση με το MODIS των δορυφόρων Terra και Aqua. Η μελέτη έγινε για τρεις αστικές περιοχές της Ελλάδας, την Αθήνα, το Ηράκλειο και τη Θεσσαλονίκη, όπου υπάρχουν επίγειοι σταθμοί και δορυφορικά δεδομένα από τη γύρω περιοχή με χωρική ανάλυση 10x10 km2. Η δομή της εργασίας έχει ως εξής: Στο πρώτο κεφάλαιο, δίνεται ο ορισμός των αιωρούμενων σωματιδίων, αναλύεται η χημική τους σύσταση, οι μορφές στις οποίες απαντώνται στην ατμόσφαιρα, οι πηγές προέλευσής τους, η κατανομή τους σε διάφορες κατηγορίες με διαφορετικά κριτήρια όπως επίσης και οι μηχανισμοί απομάκρυνσής τους από την ατμόσφαιρα. Στο δεύτερο κεφάλαιο, αναλύονται οι φυσικές ιδιότητες των αιωρούμενων σωματιδίων και οι μηχανισμοί επίδρασής τους στην ακτινοβολία. Ιδιαίτερη σημασία δίνεται στον εκθέτη Angstrom και στο οπτικό βάθος των αιρούμενων σωματιδίων καθώς είναι το αντικείμενο της μελέτης μας. Στη συνέχεια, στο τρίτο κεφάλαιο, γίνεται μια αναφορά στις επιδράσεις των αιωρούμενων σωματιδίων όσον αφορά στο κλίμα και στο ενεργειακό ισοζύγιο καθώς επίσης στην υγεία και στην ορατότητα. Στο τέταρτο κεφάλαιο, γίνεται αρχικά μια αναφορά στο διεθνές δίκτυο επιγείων σταθμών AERONET και στο φασματο-ραδιόμετρο MODIS από όπου έχουμε τις μετρήσεις μας. Έπειτα, περιγράφεται το πρώτο στάδιο της επεξεργασίας των μετρήσεών μας, το οποίο περιλαμβάνει τη σχηματική σύγκριση των μετρήσεων που έχουμε από τους επιγείους σταθμούς και τους δορυφόρους. Περνώντας στο πέμπτο κεφάλαιο της εργασίας, αναλύεται η μέθοδος με την οποία γίνεται η χωρική ομαδοποίηση των μετρήσεων από τους δορυφόρους και στη συνέχεια ακολουθεί το δεύτερο στάδιο της επεξεργασίας των μετρήσεων κατά το οποίο αναπαρίστανται τα σχήματα ομαδοποίησης των δορυφορικών μετρήσεων με διάφορα κριτήρια. Τέλος, στο έκτο κεφάλαιο, σχολιάζονται τα τελικά αποτελέσματα και εξάγονται τα αντίστοιχα συμπεράσματα για την εποχική και χωρική διακύμανση των αιωρούμενων σωματιδίων, αλλά και την αντιπροσωπευτικότητα των επιγείων σταθμών σε σχέση με τους δορυφόρους. / According to a recent report by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), the effect of suspended particles in the energy balance of the atmosphere is considered as very important. This is due to scattering and absorption phenomena caused by solar radiation during propagation in the atmosphere and their effect on the properties of clouds. This thesis was an attempt to analyze the available data by the international network of ground aerosol stations AERONET and the satellite instrument MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectoradiometer) on-board the Terra and Aqua satellites and investigate the spatial and temporal variation of the optical properties of aerosols and the representativeness of the earth stations compared to the MODIS satellites Terra and Aqua. The study was conducted in three urban areas of Greece, Athens, Heraklion and Thessaloniki, where there are data from ground-based stations and satellite estimations from the surrounding area with a spatial resolution of 10x10 km2. The structure of this thesis is as follows: The first chapter begins with a definition of aerosols, the analysis of their chemical composition, the forms with which aerosols occur in the atmosphere, the sources of their origin, their distribution in categories with different criteria as well as the mechanisms for their removal from the atmosphere. The second chapter analyzes the physical properties of aerosols and mechanisms of their influence on radiation. Particular attention is given to the Angstrom exponent and the optical depth of aerosols, parameters that lie within the object of our study. In the third chapter, there is a description of the aerosol effects on climate and the energy balance as well as health and visibility. In the fourth chapter, there is firstly a description of the international AERONET network of ground stations and the MODIS spectral radiometer. Then, we describe the first stage of our measurement analysis, which includes the schematic comparison of measurements derived from ground stations and satellites. In the fifth chapter, we analyze the method for the spatial clustering of measurements from satellites and the clustering shapes of satellite measurements using different criteria. Finally, in the sixth chapter, we discuss the results and conclusions corresponding to the seasonal and spatial variability of aerosols, and the representativeness of the ground measurements in comparison with the satellite estimations.

Η παρούσα διατριβή αφορά στη μελέτη του συνόρου υπερβολικών δισδιάστατων πολυέδρων. Οι χώροι οι οποίοι μελετώνται κατασκευάζονται κολλώντας υπερβολικά τρίγωνα τα οποία έχουν 2 τουλάχιστον κορυφές στο άπειρο. Οι συγκολλήσεις γίνονται με ισομετρίες κατά μήκος των πλευρών των τριγώνων και οι χώροι οι οποίοι προκύπτουν εφοδιάζονται φυσιολογικά με μία γεωμετρία η οποία έχει ομοιότητες με την γεωμετρία των υπερβολικών πολλαπλοτήτων. Αρχικά μελετάμε τις βασικές ιδιότητες των δισδιάστατων ιδεωδών πολυέδρων και αποδεικνύουμε ότι: «Για κάθε δύο σημεία του συνόρου του καθολικού καλύμματος του χώρου που κατασκευάζουμε, υπάρχει άπειρο πλήθος υποχώρων του συνόρου ομοιομορφικών με το οι οποίοι περιέχουν τα σημεία αυτά». Στη συνέχεια, για μια ειδική κλάση πολυέδρων που κατασκευάζουμε κολλώντας με ισομετρίες κατά μήκος των πλευρών τους πεπερασμένα υπερβολικά τρίγωνα τα οποία έχουν δύο κορυφές στο άπειρο, αποδεικνύουμε επιπλέον ότι: «το σύνορο του καθολικού καλύμματος του χώρου που κατασκευάζουμε είναι τοπικά συνεκτικό κατά τόξα». Τέλος, στην τρίτη ενότητα δίδουμε μια τοπολογική περιγραφή του συνόρου των ιδεωδών πολυέδρων διάστασης 2. / The present work is related to the study of the visual boundary of hyperbolic two dimensional simplicial complexes. We construct (and study) spaces by gluing hyperbolic triangles with at least two vertices at infinity. We glue the triangles by isometries along their sides and we study the derived spaces. In the first chapter it is proved that for every two points in the visual boundary of the universal covering of a two dimensional ideal polyhedron, there is an infinity of paths joining them. In the second chapter, a class of hyperbolic two dimensional complexes X is defined. Is is shown that the limit set of the action of π1(X) on the universal covering of X, is equal to the visual boundary and also that the visual boundary is path connected and locally path connected. Finally, in the third chapter a kind of Sierpinski set is described which is homeomorphic to the visual boundary of certain ideal polyhedra.

Η χωρική και χρονική κατανομή των αιωρούμενων σωματιδίων επηρεάζεται σημαντικά από τις τοπικές πηγές ρύπανσης αλλά και από την ατμοσφαιρική κυκλοφορία. Στην εργασία επιχειρήθηκε η μελέτη των επιπέδων του οπτικού βάθους των αιωρούμενων σωματιδίων στην Ελλάδα, με έμφαση στη συνεισφορά των τοπικών πηγών ρύπανσης. Συγκεκριμένα, στην παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε: 1. ανάλυση δορυφορικών δεδομένων και παρουσίαση των επιπέδων και των πιθανών τάσεων του οπτικού βάθους των αιωρούμενων σωματιδίων σε διάφορες περιοχές της Ελλάδας 2. σύγκριση των επιπέδων του οπτικού βάθους μεταξύ επιβαρημένων περιοχών, όπως μεγάλα αστικά κέντρα και περιοχές όπου λειτουργούν μεγάλες βιομηχανικές μονάδες, σε σχέση με περιοχές όπου η επίδραση των τοπικών πηγών ρύπανση είναι πολύ μικρή 3. εκτίμηση της συνεισφοράς των τοπικών πηγών ρύπανσης στα προαναφερόμενα αποτελέσματα 4. σύγκριση των δορυφορικών δεδομένων με επίγεια Η μελέτη των παραπάνω αντικειμένων έγινε χρησιμοποιώντας εκτιμήσεις των οπτικών ιδιοτήτων των αιωρούμενων σωματιδίων από το όργανο MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectoradiometer) που βρίσκεται στους δορυφόρους Terra και Aqua. Τα δεδομένα καλύπτουν τη χρονική περίοδο 9 ετών (από Φεβρουάριο 2000 έως Σεπτέμβριο 2009) για το διαστημικό σκάφος Terra και 7 ετών (από Ιούλιο 2002 έως Σεπτέμβριο 2009) για το Aqua. Οι χρονικές στιγμές διέλευσης των δορυφόρων Terra και Aqua πάνω από την Ελλάδα είναι 9.35±0.50 UTC και 11.34±0.53 UTC αντίστοιχα. Η μέση τιμή του οπτικού βάθους (AOD550), για όλη την Ελλάδα είναι 0.20±0.07 και 0.19±0.06, από τους δορυφόρους Terra και Aqua αντίστοιχα. Ο συντελεστής γραμμικής συσχέτισης των δεδομένων AOD550 μεταξύ των δορυφορικών μετρήσεων MODIS/Terra και MODIS/Aqua είναι ίσος με 0.81. Στην χρονοσειρά των οπτικών βαθών παρατηρήθηκε μία εποχική διακύμανση με τις μέγιστες τιμές να εμφανίζονται κατά τους πρώτους ανοιξιάτικους μήνες και το καλοκαίρι. Η εποχικότητα αυτή αποδόθηκε στο αυξημένο σωματιδιακό φορτίο που παρατηρείται στην ελεύθερη τροπόσφαιρα τις συγκεκριμένες χρονικές περιόδους λόγω μεταφοράς ερημικής σκόνης από την Σαχάρα, αλλά και λόγω μεταφοράς αιωρούμενων από καύση βιομάζας που παρατηρούνται συχνά κατά τον Αύγουστο, όπως και στους επικρατούντες Βορειανατολικούς ανέμους κατά τους καλοκαιρινούς μήνες που μεταφέρουν σωματιδιακή ρύπανση από ρυπασμένες περιοχές όπως τα Ανατολικά Βαλκάνια. Γενικά, οι μεγαλύτερες τιμές AOD550 εμφανίζονται στις αστικές περιοχές όπου υπάρχουν έντονες ανθρωπογενείς δραστηριότητες, όπως οι περιοχές της Αττικής και της Θεσσαλονίκης. Παρατηρείται ότι το 50-55% περίπου του εκτιμώμενου οπτικού βάθους οφείλεται σε ανθρωπογενείς πηγές ρύπανσης, ενώ το υπόλοιπο αναμένεται να οφείλεται σε φαινόμενα διασυνοριακής ρύπανσης. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον έχουν τα αποτελέσματα για την περιοχή της Πτολεμαΐδας και της κεντρικής Πελοποννήσου. Εκεί, τα επίπεδα των τοπικών πηγών ρύπανσης που φαίνονται από τον Aqua και συνεισφέρουν στο συνολικό οπτικό βάθος των αιωρούμενων σωματιδίων είναι πολύ μεγαλύτερα σε σχέση με αυτά του Terra κατά +37.9% και +70.6% αντίστοιχα. Τις μεσημεριανές ώρες που διέρχεται ο δορυφόρος Aqua, η ατμόσφαιρα της ευρύτερης περιοχής της Πτολεμαΐδας και της κεντρικής Πελοποννήσου έχει πιθανώς επιφορτιστεί από αιωρούμενα σωματίδια, λόγω της εντατικής λειτουργίας των εργοστασίων ηλεκτρικής ενέργειας. Για αυτό το λόγο, τα επίπεδα τοπικών πηγών ρύπανσης του Aqua είναι μεγαλύτερα από αυτά του δορυφόρου Terra, ο οποίος διέρχεται πάνω από την Ελλάδα τις πρωινές ώρες. Για την περιοχή της Θεσσαλονίκης συγκρίθηκαν δορυφορικά δεδομένα MODIS με επίγειες μετρήσεις PM10 και PM2.5. Συγκρίνοντας το AOD550 με το PM10 δεν διακρίνεται ιδιαίτερη συσχέτιση μεταξύ αυτών. Μάλιστα, τα μέγιστα του AOD550 εμφανίζονται την άνοιξη και το καλοκαίρι ενώ τα αντίστοιχα μέγιστα των PM10 το φθινόπωρο και τον χειμώνα. Ομοίως οι ελάχιστες τιμές του AOD550 υπάρχουν το φθινόπωρο και το χειμώνα ενώ των PM10 την άνοιξη και το καλοκαίρι. Το γεγονός αυτό βασίζεται στο ότι, εντός των ορίων του Δήμου Θεσσαλονίκης, η βασική πηγή ρύπανσης είναι η κυκλοφορία των αυτοκινήτων. Επειδή κατά τους καλοκαιρινούς μήνες ο κυκλοφοριακός φόρτος είναι περιορισμένος, αναμένεται να είναι μικρότερες και οι συγκεντρώσεις των αιωρούμενων σωματιδίων. / The spatial and temporal distribution of particulate matter is strongly influenced by local sources and the atmospheric circulation in the wider region. In this study, the levels of the optical depth of aerosols in Greece are examined, as well as the contribution of local sources on pollution. The following essential steps were followed: 1. Data analysis and possible trends of the aerosol optical depth over various regions of Greece 2. Comparison of the aerosol optical depth values among polluted regions, such as large cities and areas with increased industrial activity, and regions where the influence of local sources of pollution is very small 3. Estimation of the contribution of local sources of pollution in the above mentioned results. 4. Comparison of satellite estimations with ground based data. The study was based on the dataset of aerosol optical properties from the MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectoradiometer) instrument, located on Terra and Aqua satellites. The dataset covers a 9-year time period (February 2000 - September 2009) on the Terra spacecraft and 7 years (July 2002 - September 2009) on Aqua. The overpass times of the satellites Terra and Aqua above Greece are 9.35 ± 0.50 UTC and 11.34 ± 0.53 UTC, respectively. The average optical depth (AOD550) over Greece is 0.20±0.07 and 0.19±0.06, from the Terra and Aqua satellites respectively. The linear correlation coefficient between the satellite estimations of AOD550 from MODIS/Terra and MODIS/Aqua is 0.81. The time series analysis of aerosol optical depth reveals a seasonal variation with maximum levels occurring during March and April and during summertime. The seasonality could be attributed to the increased particulate matter of Sahara desert dust in the free troposphere and the transport of biomass burning during August, when the prevailing North East winds carry particulate matter from air polluted sites like the East Balkans. Generally, the higher AOD550 values appear in urban areas, such as the regions of Attica and Thessaloniki. Finally, it appears that 50-55% of the estimated optical depth could be attributed to anthropogenic sources. The results for the area of Ptolemais and central Peloponnese were examined thoroughly. Over those regions, the levels of local pollution sources that appear from Aqua, are much higher than those of Terra by +37.9% and +70.6% respectively. During the midday hours, when the Aqua satellite passes over the wider area of Ptolemais and central Peloponnese, the increased particulate matter could be attributed to the intensive operation of power plants. For this reason, the levels of local air pollution sources, observed from Aqua, are higher than those of Terra satellite, which passes over the sites in the early morning. For the region of Thessaloniki, the MODIS satellite data compared with ground based measurements of PM10 and PM2.5. When comparing AOD550 with PM10, there is no distinguished direct relation between them. On the contrary, the maximum satellite values of AOD550 appear during spring and summer, while the corresponding maximum values of PM10 are measured during autumn and winter. Likewise, the minimum AOD550 values appear in autumn and winter, while the PM10 appear during spring and summer. This is probably based on the fact that, in the limit area of the city of Thessalonica, the main source of pollution is car traffic. So, during summer months, when the traffic is low, the concentrations of particulate matter are expected to be lower.

Η παρούσα διατριβή παρουσιάζει τα αποτελέσματα μιας συστηματικής έρευνας των πληθυσμών Υπολειμμάτων Υπερκαινοφανών (Υ/Υ) σε έξι κοντινούς γαλαξίες (NGC 2403, NGC 3077, NGC 4214, NGC 4395, NGC 4449 και NGC 5204) βασισμένη σε αρχειακά δεδομένα του δορυφόρου ακτίνων-Χ Chandra, και σε βαθειές οπτικές παρατηρήσεις με τα στενά φίλτρα Hα (λ 6563) και [SΙΙ] (λλ 6716, 6731) καθώς και φασματοσκοπικές παρατηρήσεις. Η ταξινόμηση των Υ/Υ επιλεγμένων στις ακτίνες-Χ βασίστηκε στα μαλακά, θερμικά φάσματα (kT < 3 keV) των πηγών στις ακτίνες-Χ ή στα χρώματά τους στις ακτίνες-Χ. Αντίστοιχα, η ταξινόμηση των οπτικών Υ/Υ βασίστηκε στο καθιερωμένο κριτήριο του λόγου των γραμμών εκπομπής [SΙΙ](λλ 6716, 6731)/Hα > 0.4. Εντοπίστηκαν 37 θερμικά Υ/Υ στις ακτίνες-Χ, 30 εκ των οποίων είναι νέες ανακαλύψεις και ~400 (~350 από αυτά είναι νέες ανιχνεύσεις) φωτομετρικά Υ/Υ, για 67 από τα οποία πιστοποιήθηκε φασματοσκοπικά η φύση τους ως Υ/Υ. Πολλοί από τους γαλαξίες στο δείγμα μας μελετώνται για πρώτη φορά στις ακτίνες-Χ (NGC 4214, NGC 4395 και NGC 5204) ή στο οπτικό μέρος του φάσματος (NGC 4395, NGC 3077) με συστηματικό τρόπο, καταλήγοντας στην ανακάλυψη αρκετών νέων Υ/Υ. Σε πολλές περιπτώσεις, η ταξινόμηση των πηγών ως Υ/Υ στις ακτίνες-Χ ή στο οπτικό μέρος του φάσματος επιβεβαιώνεται από ομόλογα Υ/Υ που έχουν ανιχνευθεί σε άλλα μήκη κύματος, δείχνοντας ότι οι μέθοδοι ανίχνευσης που χρησιμοποιούμε είναι αξιόπιστες. Συζητάμε τις ιδιότητες (π.χ. φωτεινότητα, θερμοκρασία, πυκνότητα, ταχύτητα σοκ) των Υ/Υ σε διάφορους τύπους γαλαξιών και ως εκ τούτου διαφορετικά περιβάλλοντα, προκειμένου να δούμε την εξάρτησή τους από το μεοσαστρικό μέσο. Συσχετίζουμε παραμέτρους των ανιχνευμένων οπτικών Υ/Υ (λόγος [SΙΙ]/Hα, φωτεινότητα) με τις παραμέτρους των αντίστοιχων Υ/Υ στις ακτίνες-Χ (θερμοκρασία, φωτεινότητα, πυκνότητα) προκειμένου να κατανοήσουμε την εξέλιξή τους. Μερικά από τα πιο ενδιαφέροντα αποτελέσματα αυτής της έρευνας είναι τα ακόλουθα: α) Βρίσκουμε ότι τα Υ/Υ που είναι ανιχνευμένα στις ακτίνες-Χ και βρίσκονται σε άμορφους γαλαξίες φαίνεται να είναι πιο λαμπρά από εκείνα στους σπειροειδείς γαλαξίες. Αποδίδουμε αυτό το γεγονός στη χαμηλότερη μεταλλικότητα των άμορφων γαλαξιών από αυτή των σπειροειδών (η χαμηλότερη μεταλλικότητα δημιουργεί πρόγονους αστέρες μεγαλύτερης μάζας) ή στις υψηλότερες τοπικές πυκνότητες που παρατηρούνται στο μεσοαστρικό μέσο των άμορφων γαλαξιών, β) Η σύγκριση του αριθμού των παρατηρούμενων λαμπρών Υ/Υ στις ακτίνες-Χ με τον αριθμό αυτών που αναμένονται με βάση τις κατανομές φωτεινότητας των Υ/Υ στις ακτίνες-Χ στα Νέφη του Μαγγελάνου και στον M33, δείχνουν ότι κατανομές φωτεινότητας των Υ/Υ μεταξύ σπειροειδών και άμορφων γαλαξιών είναι διαφορετικές, από αυτές που αφορούν τα Υ/Υ στους άμορφους γαλαξίες και τείνουν να είναι πιο επίπεδες, γ) Βρίσκουμε ότι υπάρχει διαφορά στους λόγους [NΙΙ]/Hα των Υ/Υ μεταξύ διαφορετικών τύπων γαλαξιών, το οποίο κατά πάσα πιθανότητα οφείλεται σε διαφορές στη μεταλλικότητά τους και δ) Υπάρχουν ισχυρές ενδείξεις για μια γραμμική σχέση μεταξύ του αριθμού των λαμπρών Υ/Υ στο οπτικό και στις ακτίνες-Χ και του ρυθμού αστρογένεσης των γαλαξιών του δείγματος. / This thesis presents the results of a comprehensive investigation of the Supernova Remnant (SNR) populations in six nearby galaxies (NGC 2403, NGC 3077, NGC 4214, NGC 4395, NGC 4449 and NGC 5204) based on Chandra archival data and deep optical narrow-band Hα and [SΙΙ] images, as well as spectroscopic observations. The classification of X-ray emitting SNRs was based on their soft thermal spectra (kT < 3 keV) or their X-ray colors and for optically-emitting SNRs on the well-established emission-line flux criterion of [SΙΙ](λλ 6716, 6731)/Hα(λ 6563) > 0.4. We have identified 37 X-ray selected thermal SNRs, 30 of which are new discoveries and ~400 optical SNRs (~350 are new detections), for 67 of which we spectroscopically verified their shock-excited nature. Many of the galaxies in our sample are studied for the first time in the X-ray (NGC 4214, NGC 4395, and NGC 5204) or optical (NGC 4395, NGC 3077) band in a self-consistent way, resulting in the discovery of many new SNRs. In many cases, the X-ray and optical classifications are confirmed based on the identification of SNR counterparts in other wavelengths, giving us confidence that the detection methods we use are robust. We discuss the properties (e.g. luminosity, temperature, density, shock velocity) of the X-ray/optically detected SNRs in different types of galaxies and hence different environments, in order to address their dependence on their interstellar medium. We compare optical ([SΙΙ]/Hα ratio, luminosity) and X-ray parameters (temperature, luminosity, density) of the detected SNRs, in order to understand their evolution and investigate possible selection effects. The most intriguing results of this survey are the following: a) We find that X-ray selected SNRs in irregular galaxies appear to be more luminous than those in spirals. We attribute this either to the lower metallicities and therefore more massive progenitor stars of irregular galaxies or to the higher local densities of the interstellar medium, b) A comparison of the numbers of observed luminous X-ray selected SNRs with those expected from the luminosity functions of X-ray SNRs in the Magellanic Clouds and M33 suggest different luminosity distributions between the SNRs in spiral and irregular galaxies, with the latter tending to have flatter distributions, c) We find that there is a difference in [NΙΙ]/Hα line ratios of the SNR populations between different types of galaxies which is the result of the low metalicity of irregular galaxies, and d) We find evidence for a linear relation between the number of luminous optical or X-ray SNRs and Star Formation Rate in our sample of galaxies.

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.

Η τεχνολογία της αναγνώρισης και παρακολούθησης αεροσκαφών βρίσκει ποικίλες εφαρμογές σε όλους τους τομείς της αεροναυσιπλοΐας, πολιτικούς και στρατιωτικούς, από τον έλεγχο και τη ρύθμιση της εναέριας κυκλοφορίας σε πολιτικά αεροδρόμια έως το χειρισμό και την καθοδήγηση αντιαεροπορικών όπλων για στρατιωτικούς σκοπούς (π.χ. το σύστημα TAS του αντιαεροπορικού συστήματος MIM-23B Hawk). Έως σήμερα, γνωστές μέθοδοι υλοποίησης αποτελούν οι ραδιοεντοπιστές (radar), οι υπέρυθρες και οι θερμικές κάμερες, τα οποία είναι εγκατεστημένα σε επίγειους σταθμούς, σε κινούμενες μονάδες και σε αεροσκάφη. Το σύστημα που δημιουργήθηκε και θα παρουσιαστεί στην παρούσα διπλωματική εργασία αποτελεί μια εναλλακτική μέθοδο υλοποίησης της αναγνώρισης και της παρακολούθησης ιπτάμενων αντικειμένων, που εκμεταλλεύεται το οπτικό φάσμα με τη χρήση μιας οπτικής κάμερας ενσωματωμένης σε ένα σερβοκινητήρα. Σε σημεία όπου είναι δύσκολο να εφαρμοσθεί κάποια άλλη τεχνολογία ή σε σημεία που δεν καλύπτονται από άλλες συσκευές ανίχνευσης (π.χ. radar), η συσκευή μας προσφέρει όμοιες υπηρεσίες και συμπληρώνει πιθανά χάσματα ακάλυπτων περιοχών. Συγκεκριμένα, μέσω του λογισμικού που έχει αναπτυχθεί, όταν κάποιος στόχος (αεροσκάφος) εισέλθει στο οπτικό πεδίο της κάμερας, ανιχνεύεται και αναγνωρίζεται. Στη συνέχεια ο σερβοκινητήρας παρακολουθεί τον στόχο τροφοδοτούμενος με δεδομένα της θέσης και της ταχύτητάς του, ενώ βρίσκεται σε συνεχή επικοινωνία με την κάμερα. Όλα τα παραπάνω έχουν αναπτυχθεί ώστε να λειτουργούν σε συνθήκες πραγματικού χρόνου. Παρά την απουσία μιας θεωρητικής παρουσίασης ή μιας ολοκληρωμένης λύσης οπτικής αναγνώρισης και παρακολούθησης αεροσκαφών, η αναζήτηση και μελέτη της διεθνούς βιβλιογραφίας μας έδωσε το θεωρητικό υπόβαθρο για την κατανόηση του προβλήματος και ταυτόχρονα τη δυνατότητα να συνδυάσουμε τεχνικές και μεθόδους για την επίτευξη του στόχου μας. Για την επιτυχή αναγνώριση και παρακολούθηση των στόχων δημιουργήθηκαν διάφορα μοντέλα προσομοίωσης για τον έλεγχο της συμπεριφοράς μεμονομένων χαρακτηριστικών. Συγκεκριμένα, στο υποσύστημα της αναγνώρισης του στόχου μοντελοποιήθηκε αρχικά μια μέθοδος εξαγωγής της θέσης βασισμένη στο χρώμα του στόχου σε περιβάλλον Matlab/Simulink. Στη συνέχεια η ίδια μέθοδος μεταφέρθηκε σε περιβάλλον LabVIEW για να εμπλουτισθεί με διάφορες άλλες μεθόδους βασισμένες σε ένα σύνολο από χαρακτηριστικά που θα αναλυθούν στη συνέχεια. Το τελικό μοντέλο αποτελεί συνδυασμό των μεθόδων του αθροίσματος απολύτων διαφορών, της οπτικής ροής, της εξαγωγής χρωματικών και σχηματικών χαρακτηριστικών, της κανονικοποιημένης εττεροσυσχέτισης και άλλων λογικών μεθόδων και βελτιστοποιήσεων τους. Για την επίτευξη μιας επιτυχυμένης παρακολούθησης ενός “κλειδωμένου” στόχου, δοκιμάστηκαν και έγιναν πολλές προσομοιώσεις με διαφορετικούς τύπους ελεγκτών. Συγκεκριμένα η δυναμική του μοντέλου που δημιουργήθηκε, εξαρτάται από ένα συνδυασμό ελεγκτών θέσεως, ταχύτητας και άλλων παραμέτρων. Αυτά εξασφαλίζουν ένα ευσταθές και γραμμικοποιημένο σύστημα παρακολούθησης, ικανό να παρακολουθήσει οποιοδήποτε στόχο με τη προϋπόθεση ότι τα χαρακτηριστικά του στόχου καθώς και η κατάστασή του (θέση, ταχύτητα κτλ.), ικανοποιούν τις απαιτήσεις του αλγορίθμου αναγνώρισης και είναι μέσα στις εργοστασιακές δυνατότητες του συστήματος. Το μοντέλο αυτό αναπτύχθηκε και υλοποιήθηκε σε περιβάλλον LabVIEW, όπως και οι μετρήσεις και προσομοιώσεις που έγιναν πάνω σε αυτό. Όλες οι παραπάνω μέθοδοι συνεργάζονται και είναι ικανοί να δώσουν ακριβή αποτελέσματα θέσης πραγματικών στόχων κατά τη διάρκεια της ημέρας ακόμα και κάτω από δύσκολες συνθήκες (όπως συννεφιά, χαμηλή φωτεινότητα, παρεμβολή αντικειμένων) σε πραγματικό χρόνο. Η ακραία μεταβολή των περιβαλλοντικών συνθηκών θα επηρρέαζε οποιοδήποτε οπτικό σύστημα, συνεπώς και το παρόν. Περιγραφή των παραγόντων που επηρρεάζουν το σύστημά μας θα γίνει στη συνέχεια. / The technology of aircraft recognition and tracking applies in various applications in all areas of air navigation, civil and military, from air traffic control and regulation at civilian airports to anti-aircraft weapon handling and guidance for military purposes (e.g the TAS system of MIM-23B Hawk anti-aircraft system). To date, known methods of implementation are the radar, infrared and thermal cameras, which are installed at ground stations, in moving plants and aircrafts. The system that was created and is presented in this thesis is an alternative implementation of identifying and tracking flying objects, which operates in the optical spectrum using an optical camera built into a servomotor (pan-tilt unit – PTU). In regions where is difficult for one technology to be applied or in areas that are not covered by other detection devices (e.g. radar), our device offers similar services and complements potential gaps that arise by uncovered areas. Specifically, through the software we developed, when a target (aircraft) enters the field of view of our camera, it is detected and identified. Then the PTU, fed with data of target position and velocity, tracks the aircraft while keeps in constant communication with the camera. All the above have been developed to operate in real time. Despite the lack of a theoretical presentation or a complete solution of optical aircraft recognition and tracking, search and study of literature has given us the theoretical background for understanding the problem and making it possible to combine techniques and methods to achieve our goal. For the successful identification and monitoring of the targets, various simulation models were created to control the behavior of isolated features. Specifically, for the target recognition subsystem a method for extraction of the position based on the color of the target was initially modeled in Matlab/Simulink environment. Then the same method was implemented in LabVIEW to be enriched with several other methods based on a set of features that will be discussed below. The final model is a combination of the sum of absolute differences between two images, the extraction of color and shape profiles, the normalized cross-correlation and other logical methods and their optimizations. In order a successful tracking of a “locked” target to be achieved, there have been many tests and carried out many simulations with different types of controllers. Specifically, the dynamic of the model which was created, depends on a combination of position/velocity controllers and other parameters. These provide a stable and linearized tracking system, capable to follow any target under the condition that the characteristics of the target and its current status (position, speed, etc.) meet the requirements of the recognition algorithm and is within the capabilities of the system. The model was developed and implemented in the LabVIEW environment, as well as measurements and simulations were carried out in it. All these methods work and are able to give accurate results of the position of real targets during the day, even under difficult circumstances (such as clouds, decreased sky brightness etc) in real time. The extreme variation of environmental conditions would affect any optical system and hence could affect ours as well. Description of the factors that affect our system will be presented.

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.