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. / -

Σύμφωνα με τις αρχές του Lund (2001), οι πολιτιστικοί πόροι σε εθνικό και ευρωπαϊκό επίπεδο συνιστούν ένα μοναδικό δημόσιο πλούτο που διαμορφώνει τη συλλογική και εξελισσόμενη μνήμη των διαφορετικών κοινωνιών και παρέχει μια στέρεα βάση για την ανάπτυξη των βιομηχανιών πολιτιστικού περιεχομένου σε μια διαρκή κοινωνία της γνώσης. Με βάση τα παραπάνω, καθίσταται σαφές ότι είναι επιτακτική η ανάγκη για τη διάσωση και τη μακροπρόθεσμη διατήρηση της πολιτιστικής κληρονομιάς. Ο καλύτερος τρόπος, για να επιτευχθεί κάτι τέτοιο, είναι μέσα από την εφαρμογή των διαδικασιών ψηφιοποίησης. Παρά το γεγονός ότι η αξία της ψηφιοποίησης προς την κατεύθυνση της διατήρησης και της ανάδειξης πολιτιστικού, επιστημονικού και άλλου είδους περιεχομένου είναι αδιαμφισβήτητη, οι φορείς που εμπλέκονται σε διαδικασίες ψηφιοποίησης αντιμετωπίζουν μια σειρά από ιδιαίτερα σημαντικά προβλήματα. Τα προβλήματα αυτά καταδεικνύουν έντονα την ανάγκη για συντονισμό των διαδικασιών ψηφιοποίησης μέσα από την εφαρμογή καλών πρακτικών οι οποίες θα προκύψουν έπειτα από την αξιοποίηση της διεθνούς εμπειρίας πάνω στο θέμα. Η διπλωματική εργασία αντιμετωπίζει το θέμα των καλών πρακτικών για την ψηφιοποίηση πολιτιστικού περιεχομένου κατά ένα ολοκληρωμένο τρόπο, αξιοποιώντας την αντίστοιχη ευρωπαϊκή εμπειρία. Τα αποτελέσματα της εργασίας συμβάλλουν ουσιαστικά στην καθοδήγηση των πολιτιστικών οργανισμών – φορέων που έχουν αναλάβει ή πρόκειται να εμπλακούν σε διαδικασίες ψηφιοποίησης στην Ελλάδα. Στο πλαίσιο αυτό η παρούσα εργασία περιλαμβάνει τη μελέτη των καλών πρακτικών για την ψηφιοποίηση πολιτιστικού περιεχομένου μέσα από την επιλογή και παρουσίαση των καταλληλότερων οδηγιών για την ψηφιοποίηση πολιτιστικού και επιστημονικού περιεχομένου και την καταγραφή των αντίστοιχων διεθνών προτύπων, τη θεωρητική προσέγγιση του ζητήματος της ανάδειξης καλών πρακτικών και την υλοποίηση ενός συστήματος που έχει ως στόχο την ανάδειξη καλών πρακτικών. / According to the Lund principles (2001) Europe\'s cultural and scientific knowledge resources are a unique public asset forming the collective and evolving memory of our diverse societies and providing a solid basis for the development of our digital content industries in a sustainable knowledge society. It’s obvious that the conservation and long-term preservation of the cultural heritage are absolutely necessary. Digitization is the best way to achieve these goals. In spite of the fact that the preservation and promotion of cultural, scientific and other content is nearly impossible without digitisation, the organizations that undertake relevant projects face a number of quite serious issues. These problems indicate that it is absolutely mandatory to coordinate digitisation activities through the adoption of good practices which have emerged from the numerous digitisation projects carried out so far worldwide. The subject of this master thesis is an integrated approach of the issue of good practices for digitisiting cultural content, by exploiting the relevant European experience. The thesis results contribute to the guidance of cultural organisations that are about to start or are executing digitisation activities in Greece. This thesis comprises of the research on good practices for digitising cultural and scientific content, the selection and presentation of the most important and appropriate ones, the presentation of the relevant international standards, the theoretical basis for promoting good practices and the development of a software system for the promotion of good practices.

Οι ηλεκτρομηχανικές συσκευές αποθήκευσης δεδομένων πολύ μικρής κλίμακας που βασίζονται στη χρήση ακίδων (probes) αποτελούν ανερχόμενες εναλλακτικές επιλογές για τη βελτίωση της πυκνότητας αποθήκευσης, του χρόνου πρόσβασης των δεδομένων και της απαιτούμενης ισχύος σε σχέση με τις συμβατικές συσκευές αποθήκευσης. Μία υλοποίηση μιας τέτοιας συσκευής χρησιμοποιεί θερμομηχανικές μεθόδους για την αποθήκευση πληροφορίας σε λεπτές μεμβράνες πολυμερών υλικών. Στην περίπτωση αυτή, η ψηφιακή πληροφορία αποθηκεύεται με τη μορφή κοιλωμάτων πάνω στο πολυμερές υλικό, τα οποία δημιουργούνται από τις ακίδες, διαμέτρου μερικών nm. Με στόχο την αύξηση του ρυθμού εγγραφής και ανάγνωσης χρησιμοποιούνται δισδιάστατες διατάξεις από ακίδες που λειτουργούν παράλληλα, με κάθε ακίδα να εκτελεί λειτουργίες εγγραφής /ανάγνωσης /διαγραφής σε ξεχωριστό αποθηκευτικό πεδίο. Η μετατόπιση του αποθηκευτικού μέσου σε σχέση με τη διάταξη των ακίδων επιτυγχάνεται με τη χρησιμοποίηση ηλεκτρομηχανικού συστήματος μικρής κλίμακας (MEMS). Η διάταξη MEMS αποτελείται από ένα μικρής κλίμακας σύστημα σάρωσης (microscanner) και από το τσιπ της δισδιάστατης διάταξης των ακίδων. Το σύστημα σάρωσης έχει δυνατότητα κίνησης σε δύο διευθύνσεις (x/y). Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας είναι η μοντελοποίηση του συστήματος σάρωσης μικρής κλίμακας. Η μοντελοποίηση του συστήματος έγινε με βάση το σύστημα του απλού αρμονικού ταλαντωτή με απόσβεση. Στα πλαίσια της εργασίας μελετάται η απόκριση του συστήματος σε διάφορους τύπους διεγέρσεων, ενώ για την προσομοίωση της συμπεριφοράς του microscanner αναπτύχθηκε εφαρμογή στην γλώσσα προγραμματισμού Visual Basic. Η εφαρμογή περιλαμβάνει γραφικό περιβάλλον με δυνατότητα ρύθμισης των παραμέτρων εξομοίωσης. / Micro-electro-mechanical-system (MEMS)-based scanning-probe storage devices are emerging as potential ultra-high-density, low-access-time, and low-power alternatives to conventional data storage. One implementation of probe-based storage uses thermomechanical means to store and retrieve information in thin polymer films. Digital information is stored by making indentations on the thin polymer film with the tips of atomic force microscope (AFM) cantilevers, which are a few nanometers in diameter. To increase the data rate, an array of probes is used, in which each probe performs read/ write/ erase operations over an individual storage field. Displacement of the storage medium relative to the array of cantilevers is achieved by using micro-electro-mechanical-system (MEMS). The MEMS assembly consists of the microscanner and the cantilever array chip. The microscanner with x and y motion range carries the storage medium. This diploma dissertation presents the modeling of the microscanner. The system models as a damped harmonic oscillator. The model response on different driven forces has been studied, whereas an application in Visual Basic has been generated to simulate the system motion. The application comprises graphic interface with simulation parameters modulation.

Οι τεχνικές Μικροσκοπίας Ατομικής Δύναμης που χρησιμοποιούν ακίδες σάρωσης έχουν την ικανότητα όχι μόνο να παρατηρούν επιφάνειες σε ατομικό επίπεδο αλλά και να τις τροποποιούν σε πολύ μικρή κλίμακα. Αυτό αποτελεί και το κίνητρο για τη χρησιμοποίηση των τεχνικών αυτών στη δημιουργία συσκευών αποθήκευσης με πολύ μεγαλύτερη πυκνότητα από τις συμβατικές συσκευές. Σε διάφορα ερευνητικά προγράμματα αποθήκευσης δεδομένων τεχνολογίας MEMS/NEMS με ακίδες, η σχετική τροχιά κίνησης της ακίδας ως προς το αποθηκευτικό μέσο ακολουθεί ένα μοτίβο raster. Παρά την απλή υλοποίησή της, η προαναφερθείσα κίνηση σάρωσης έχει σημαντικά μειονεκτήματα. Στο πλαίσιο της εργασίας αυτής προτείνεται μια εναλλακτική τοπολογία σπειροειδούς κίνησης. Η προτεινόμενη μέθοδος μπορεί να εφαρμοσθεί σε οποιοδήποτε σύστημα που βασίζεται σε διαδικασίες σάρωσης, όπως συστήματα αποθήκευσης και AFM συστήματα απεικόνισης. Στην εργασία αυτή μελετάται η περίπτωση των συσκευών αποθήκευσης με ακίδες, όπου η τροχιά που διαγράφει η ακίδα σε σχέση με το επίπεδο x/y που ορίζεται από το μέσο αποθήκευσης, είναι η σπειροειδής καμπύλη του Αρχιμήδη. Η χρήση μιας τέτοιας σπειροειδούς τροχιάς οδηγεί σε σήμα θέσης αναφοράς με εξαιρετικά στενό συχνοτικό περιεχόμενο, το οποίο ολισθαίνει πολύ αργά στον χρόνο. Για πειραματική επιβεβαίωση, ο προτεινόμενος τρόπος σπειροειδούς κίνησης εφαρμόστηκε σε σύστημα αποθήκευσης πληροφορίας με ακίδες με δυνατότητες θερμομηχανικής εγγραφής και ανάγνωσης δεδομένων σε φιλμ πολυμερούς. Επιπλέον, μελετήθηκε η αξιοποίηση των ιδιοτήτων του νέου τύπου κίνησης από αρχιτεκτονικές ελέγχου ειδικά σχεδιασμένες και βελτιστοποιημένες για τη συγκεκριμένη οικογένεια τροχιών αναφοράς, με στόχο την επίτευξη πολύ υψηλότερων συχνοτήτων σάρωσης για την ίδια ακρίβεια θέσης. Προς επιβεβαίωση των θεωρητικών αναλύσεων, παρουσιάζονται αποτελέσματα εξομοιώσεων καθώς και πειραματικά αποτελέσματα από πειραματική διάταξη. Στο πλαίσιο της διατριβής πραγματοποιήθηκε και η μοντελοποίηση του καναλιού θερμομηχανικής αποθήκευσης με ακίδες σε μεμβράνες πολυμερούς υλικού. Ενώ η θεωρητική μορφή των θερμομηχανικά εγγεγραμμένων κοιλωμάτων είναι κωνική, στην πράξη η μορφή του απέχει πολύ από το θεωρητικό μοντέλο. Για τον λόγο αυτό, αναπτύχθηκε μοντέλο του συμβόλου ως προς την ταχύτητα σάρωσης κατά τη διαδικασία εγγραφής, με βάση πειραματικά δεδομένα. Στο πλαίσιο της διατριβής μελετήθηκε επίσης η δυνατότητα ανάπτυξης συνδυασμένων αρχιτεκτονικών ελέγχου παρακολούθησης και ανάκτησης χρονισμού συμβόλου, όπου η πληροφορία για τη στιγμιαία ταχύτητα του σαρωτή παρέχεται από το μέσο αποθήκευσης μέσω των κυκλωμάτων συγχρονισμού. Τα αποτελέσματα των εξομοιώσεων επιβεβαιώνουν την δυνατότητα αυτή, και επιπλέον δείχνουν ότι υπό προϋποθέσεις η ακρίβεια παρακολούθησης του συστήματος βελτιώνεται. Τέλος, διερευνήθηκε η απόδοση των προτεινόμενων μεθόδων στην περίπτωση φορητών συσκευών, τα οποία υπόκεινται σε εξωτερικές διαταραχές. Στο πλαίσιο της διερεύνησης αυτής, συλλέχθηκαν πειραματικά αποτελέσματα και αναλύθηκαν μετρήσεις τυπικών εξωτερικών διαταραχών. / The AFM techniques using scanning probes have the capacity not only to observe surfaces in atomic level but also to modify them at a very small scale. This feature motivates the use of these techniques to create storage devices capable of storing data in a much higher density than conventional devices. In various MEMS/NEMS-based data storage technology research projects with probes, the relative trajectory follows a raster pattern or similar. Despite its simple implementation, the aforementioned scanning pattern has significant disadvantages. In this work, an alternative spiral motion topology is proposed. The proposed method can be applied to any system based on scanning probes, such as storage systems and AFM imaging systems. In this work, the case of storage devices with probes is studied, in which the trajectory of the probe with respect to the x/y plane of the storage medium, is the spiral curve of Archimedes. The use of such a spiral trajectory leads to a reference position signal with extremely narrowband frequency content, which slides very slowly in time. For experimental verification, the proposed method of spiral motion was applied on a single probe experimental setup, with read and writes data thermomechanical capabilities on very thin polymer films. The aforementioned inherent properties of the proposed approach enable system designs with improved tracking performance and with non-intermittent, high-speed storage capabilities. Thus, the exploitation of these properties by architectures specifically designed and optimized for the particular reference trajectory is studied, in order to achieve much higher scanning frequencies for the same positioning accuracy. To verify the theoretical analysis, simulation results are presented as well as experimental results from the application of the proposed techniques and architectures in experimental AFM systems with a single probe. In this dissertation the modeling of the thermomechanical storage channel with probes in thin polymer films was also carried out. While the theoretical form of thermomechanically engraved indentations is conical, in practice its form is far from this theoretical model. Hence, a symbol model was developed in respect to the scanning speed during the write process, based on experimental data. This model can be used to properly design the equalization circuits depending on the motion speed of operation. Moreover, the possibility of developing combined architectures of tracking control and symbol timing recovery was also investigated, where the information regarding the scanner speed is provided from the storage medium via symbol timing synchronization circuits. The simulation results confirm this approach and, furthermore, show that, under certain conditions, the system’s tracking accuracy is improved. Finally, the performance of the proposed methods in the case of portable storage devices was investigated, where the systems are subjected to external disturbances. As part of this investigation, experimental results were collected and measurements of external disturbances, typical for such devices, were analyzed.