- / -

Η οπτική τομογραφία διάχυσης είναι μια πρόσφατη μέθοδος απεικόνισης που χρησιμοποιεί φωτόνια κοντά στο φάσμα των υπερύθρων για τον υπολογισμό ορισμένων ιδιοτήτων των ιστών και η οποία ανακατασκευάζει τρισδιάστατες εικόνες βάση αυτών. Σε αυτή τη διπλωματική εργασία αναλύονται πρόσφατες μελέτες που έχουν πραγματοποιηθεί γύρω από τη νέα αυτή τεχνική, οι οποίες περιλαμβάνουν μια ιστορική αναδρομή στην εξέλιξή της, τις προσπάθειες μαθηματικής βελτίωσης των τεχνικών χαρακτηριστικών της, καθώς και πειραματικές εφαρμογές της στην παρακολούθηση εγκεφαλικών βλαβών σε νεογνό, στην ανταπόκριση μιας ασθενούς με καρκίνο του μαστού στη χημειοθεραπεία και στην πορεία ασθενών με ρευματοειδή αρθρίτιδα. Τα πορίσματα αυτής της εργασίας οδηγούν στο συμπέρασμα ότι σε μετέπειτα χρόνια μετά από βελτιώσεις στην τεχνολογία και στην επεξεργασία των σημάτων, η DOT θα αποδειχθεί μια χρήσιμη μέθοδος διάγνωσης και παρακολούθησης πολλών ασθενειών. / Diffuse optical tomography (DOT) is a recent imaging method which uses near-infrared photon emission in order to measure certain tissue properties, and processes them to reconstruct 3-D images. In this project, we analyze five studies on this method which include: a historic overview, the efforts of mathematical optimization of its technical features as well as some of the clinical trials using it, such as the observation of a neonate with brain lesions, the response of a breast-cancer patient to chemotherapy and the progress of patients suffering from rheumatoid arthritis. Based on this project’s conclusions, after several years and several improvements in its features and data-processing, DOT will prove to be a useful diagnostic and observational method for many illnesses.

Αρχικά μελετήσαμε την μη-γραμμική οπτική και τα βασικά μη-γραμμικά φαινόμενα, όπως για παράδειγμα τον οπτικό περιορισμό, τη γένεση δεύτερης αρμονικής, τη γένεση τρίτης αρμονικής, την αυτοεστίαση, το οπτικό φαινόμενο kerr και το συνεχές φαινόμενο kerr. Eπιπλέον περιγράψαμε την τεχνική z-scan και εκτιμήσαμε τις μη-γραμμικές οπτικές ιδιότητες του C60 και C120. / First of all, research the nonlinear optics and basic nonlinear phenomena, for example, optical limiting, second harmonic generation, third harmonic generation, self-focusing, optical kerr effect and DC kerr effect. In addition description technique z-scan and estimate the nonlinear optical properties C60 and C120

- / -

Στην παρούσα εργασία μελετάται η τρίτης τάξης μη γραμμική απόκριση νανοσωματιδίων παλλαδίου σε συμπολυμερή όπως επίσης και κβαντικών ψηφίδων ιωδιούχου μολύβδου. Ο προσδιορισμός της μη γραμμικής επιδεκτικότητας τρίτης τάξης και η υπερπολωσιμότητα δεύτερης τάξης επιτυγχάνεται με την βοήθεια των τεχνικών Z-scan και οπτικού φαινομένου Kerr (OKE) χρησιμοποιώντας παλμούς λέιζερ 35 psec και 4 nsec με μήκος κύματος διέγερσης 532 nm και 1064 nm. / In this work the third order nonlinear optical response of palladium nanoparticles encapsulated in block copolymers has been investigated as well as lead iodide quantum dots. The third-order nonlinear susceptibility χ(3) and the second hyperpolarizability γ are determined by employing Z-scan and Optical Kerr Effect (OKE) techniques using 35 ps and 4 ns laser pulses at excitation wavelengths of 532 and 1064 nm.

Η οπτική μεταγωγή καταιγισμών (Optical Burst Switching – OBS) συνδυάζει τα πλεονεκτήματα της οπτικής μεταγωγής κυκλώματος και της οπτικής μεταγωγής πακέτου. Οι βασικές ιδέες που κυριαρχούν σε ένα σύστημα OBS είναι η συναρμολόγηση των πακέτων σε καταιγισμούς οι οποίοι δρομολογούνται με ξεχωριστά πακέτα ελέγχου και ο διαχωρισμός της μεταγωγής και της μετάδοσης του πακέτου ελέγχου και του αντίστοιχου καταιγισμού. Κατά την τεχνική συναρμολόγησης υπερπακέτων, πολλά πακέτα συναθροίζονται σε ένα υπερπακέτο στην είσοδο του δικτύου. Κάθε ακραίος κόμβος διατηρεί μια ξεχωριστή ουρά ανάλογα με την ποιότητα των υπηρεσιών που είναι επιθυμητή. Σε αυτή την ουρά συγκεντρώνονται τα πακέτα που καταλήγουν στον ίδιο προορισμό και ανήκουν επίσης στην ίδια κλάση προτεραιότητας μέχρι να σχηματιστεί ο καταιγισμός. Το πακέτο ελέγχου που ονομάζεται και Burst Header packet (BHP), μεταδίδεται νωρίτερα σε σχέση με το αντίστοιχο υπερπακέτο, κατά ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Το BHP υφίσταται επεξεργασία σε κάθε κόμβο του δικτύου κορμού προκειμένου να δεσμεύσει πόρους και να εγκαταστήσει ένα μονοπάτι, ενώ το αντίστοιχο υπερπακέτο μεταδίδεται μέσω του δικτύου χωρίς να χρειάζεται η μετατροπή του από οπτική σε ηλεκτρονική μορφή και πάλι σε οπτική. Στη βιβλιογραφία έχουν προταθεί διάφοροι μηχανισμοί συναρμολόγησης υπερπακέτων εκρηκτικής ροής όπως οι BSMIN, TMAX και TAVE, στους οποίους ένα υπερπακέτο εκρηκτικής ροής σχηματίζεται και είναι έτοιμο να αποσταλεί στο δίκτυο όταν ικανοποιηθεί κάποιο κριτήριο που έχει καθοριστεί και διαφέρει για κάθε έναν από τους αλγορίθμους αυτούς. Στη συγκεκριμένη εργασία προτείνουμε τρόπους για τη γρήγορη δέσμευση της χωρητικότητας (Fast Reservation – FR schemes) οι οποίοι μπορούν να συνδυαστούν με τους αλγορίθμους συναρμολόγησης υπερπακέτων εκρηκτικής ροής BSMIN, TMAX και TAVE. Οι μέθοδοι αυτές χρησιμοποιούν ένα ή δύο γραμμικά φίλτρα προκειμένου να προβλέψουν το μέγεθος του υπερπακέτου ή/και το χρόνο που απαιτείται μέχρι να ολοκληρωθεί η συναρμολόγηση των πακέτων σε ένα υπερπακέτο. Σε αντίθεση με τα τυπικά πρωτόκολλα σηματοδοσίας που χρησιμοποιούνται στα OBS δίκτυα, στην εργασία μας το πακέτο ελέγχου BHP στέλνεται στο δίκτυο κορμού για να δεσμεύσει τους απαραίτητους πόρους, χωρίς να έχει προηγουμένως ολοκληρωθεί η δημιουργία του υπερπακέτου. Με βάση τις τιμές που έχουν εκτιμηθεί από τα φίλτρα και χωρίς οι αντίστοιχες πραγματικές τιμές να είναι ακόμα γνωστές, το BHP στέλνεται για να δεσμεύσει το απαιτούμενο εύρος ζώνης σε κάθε κόμβο του δικτύου κορμού και για το χρονικό διάστημα που το burst θα περάσει από αυτόν τον κόμβο. Η πρόβλεψη του μεγέθους του burst είναι απαραίτητη ώστε να δεσμευτούν οι κατάλληλοι πόροι στο δίκτυο κορμού για τη διάρκεια της μετάδοσης του burst, ενώ η πρόβλεψη της διάρκειας συναρμολόγησης χρειάζεται προκειμένου η δέσμευση των πόρων αυτών να ξεκινήσει τη σωστή χρονική στιγμή. Στόχος μας είναι να μειώσουμε την καθυστέρηση μετάδοσης από άκρο – σε – άκρο ενός υπερπακέτου, μειώνοντας όσο είναι δυνατό το χρόνο που μεσολαβεί από τη μετάδοση του BHP μέχρι τη μετάδοση του burst και ταυτόχρονα να χρησιμοποιήσουμε αποδοτικά το εύρος ζώνης δεσμεύοντας το για το ελάχιστο δυνατό χρονικό διάστημα. Η εφαρμογή της πρόβλεψης της κίνησης στην είσοδο του δικτύου έχει εξεταστεί σε ένα μεγάλο αριθμό εργασιών. Συγκεκριμένα, έχει μελετηθεί η χρήση ενός γραμμικού φίλτρου πρόβλεψης σε συνδυασμό με τον αλγόριθμο TMAX ώστε να μειωθεί ο χρόνος που μεσολαβεί από τη μετάδοση του BHP μέχρι τη μετάδοση του burst. Τα αποτελέσματα της δικής μας εργασίας δείχνουν ότι η μέθοδος της πρόβλεψης μπορεί να χρησιμοποιηθεί επίσης και σε συνδυασμό με τους αλγορίθμους BSMIN και TAVE, οδηγώντας στη μείωση της καθυστέρησης μετάδοσης από άκρο – σε – άκρο ενός υπερπακέτου. Στη συνέχεια της εργασίας περιγράφουμε τη μέθοδο που προτείνουμε καθώς και τα αποτελέσματα από την πειραματική εφαρμογή της. Τέλος, σχολιάζουμε και παρουσιάζουμε τα συμπεράσματά μας και αναφέρουμε πιθανά θέματα προς μελέτη. / We propose and evaluate fast reservation (FR) protocols for Optical Burst Switched (OBS) networks. The proposed reservation schemes aim at reducing the end-to-end delay of a data burst, by sending the Burst Header Packet (BHP) in the core network before the burst assembly is completed at the ingress node. We use linear prediction filters to estimate the expected length of the burst and the time needed for the burstification process to complete. A BHP packet carrying these estimates is sent before burst completion, in order to reserve bandwidth at each intermediate node for the time interval the burst is expected to pass from that node. Reducing the total time needed for a packet to be transported over an OBS network is important, especially for real-time applications. Reserving bandwidth only for the time interval it is actual going to be used by a burst is important for network utilization efficiency. In the simulations conducted we evaluate the proposed extensions and prove their usefulness.

Οι περισσότερες πληροφορίες που αφορούν μοριακούς μηχανισμούς πλαστικότητας στο κεντρικό νευρικό σύστημα, πηγάζουν από μελέτες συγκεκριμένων τύπων μακρόχρονης ενδυνάμωσης (LTP) και μακρόχρονης αναστολής (LTD), οι οποίοι εξαρτώνται από την ενεργότητα των υποδοχέων N-methyl-D-aspartate (NMDA) του γλουταμινικού οξέος. Αλλαγές στην φωσφορυλίωση των υποδοχέων NMDA από διάφορες κινάσες και φωσφατάσες διαμεσολαβούν ή και ρυθμίζουν την έκφραση του LTP και του LTD. Η οπτική αποστέρηση, όπως η εκτροφή πειραματόζωων στο σκοτάδι, επιμηκύνει την κρίσιμη περίοδο πλαστικότητας του οπτικού φλοιού. Οι υποδοχείς NMDA του γλουταμινικού οξέος, έχει αποδειχθεί ότι εμπλέκονται σημαντικά στην πλαστικότητα του οπτικού φλοιού. Η φωσφορυλίωση τους εμπλέκεται στη συναπτική πλαστικότητα μέσω της ρύθμισης της διακίνησης τους στην σύναψη και της έκφρασης τους στη επιφάνεια του κυττάρου, καθώς και μέσω της επίδρασης στη λειτουργία του ιοντικού διαύλου του υποδοχέα. Η σερίνη 1303 της υπομονάδας NR2B των υποδοχέων NMDA αποτελεί την κύρια περιοχή φωσφορυλίωσης από την CaM κινάση II και την PKC. Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η συσχέτιση των μεταβολών του υποδοχέα NMDA, ο οποίος συμμετέχει σε φαινόμενα πλαστικότητας του εγκεφάλου, με την ευαίσθητη περίοδο καθορισμού της αρχιτεκτονικής του οπτικού φλοιού. Για το σκοπό αυτό εξετάσαμε τις μεταβολές της φωσφορυλίωσης της υπομονάδας NR2B των υποδοχέων NMDA σε επίμυες μετά από οπτική αποστέρηση για την περίοδο Ρ0-Ρ21 και Ρ0-Ρ30 (Ρ: postnatal day). Τα αποτελέσματα της παρούσας διπλωματικής εργασίας δείχνουν ότι στον οπτικό φλοιό τα επίπεδα της φωσφορυλίωσης του καταλοίπου σερίνης 1303 της NR2B υπομονάδας των υποδοχέων NMDA αυξήθηκαν στις μεταγεννητικές ημέρες 21 και 30 (κατά 27% και 47% αντίστοιχα) στα πειραματόζωα που υπέστησαν οπτική αποστέρηση συγκριτικά με πειραματόζωα ίδιας ηλικίας των οποίων η εκτροφή πραγματοποιήθηκε σε ημερήσιο κύκλο 12 ώρες φως/ 12 ώρες σκοτάδι. Τα αποτελέσματά μας υποδεικνύουν μια εξαρτώμενη από την εμπειρία ρύθμιση της φωσφορυλίωσης του καταλοίπου σερίνης 1303 της NR2B υπομονάδας των υποδοχέων NMDA . Υπάρχουν ενδείξεις ότι η φωσφωρυλίωση του καταλοίπου ser1303 της υπομονάδας NR2B του υποδοχέα NMDA μέσω της PKC ενισχύει τα NMDA-επαγώμενα ρεύματα (Liao et al., 2001). Επιπλέον μελέτες κατά την ανάπτυξη του οπτικού φλοιού επίμυων και μυών που έχουν υποστεί οπτική αποστέρηση (Carmignoto and Vicini, 1992; Yashiro et al. 2005) έχουν δείξει λειτουργικές μεταβολές του υποδοχέα NMDA και συγκεκριμένα ενίσχυση της διάρκειας του NMDA-επαγώμενου ρεύματος Τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης προτείνουν ότι η φωσφορυλίωση της υπομονάδας NR2B του υποδοχέα NMDA μπορεί να είναι ένας από τους μοριακούς μηχανισμούς οι οποίοι ενέχονται στην λειτουργική μεταβολή του υποδοχέα NMDA, η οποία παρατηρείται κατά την ανάπτυξη του οπτικού φλοιού που έχουν υποστεί οπτική αποστέρηση. Τέλος, τα αποτελέσματα αυτά συμφωνούν και συμπληρώνουν την υπάρχουσα βιβλιογραφία που υποστηρίζει ότι η φωσφορυλίωση αποτελεί έναν από τους παράγοντες που συμβάλλουν στην πλαστικότητα. / Phosphorylation of ligand-gated ion channels is recognized as a potentially important mechanism for short and long-term modulation of ion-channel function. Ionotropic glutamate receptors mediate most excitatory neuronal transmission in the brain and play essential roles in the regulation of synaptic activity. Depending on their specific response to different pharmacological agents, ionotropic glutamate receptors are subdivided into N-methyl-D-aspartate (NMDA), α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid (AMPA) and kainate receptors. NMDA receptors are heteromultimers mainly consisting of the obligatory NR1 subunit in combination with NR2A-NR2D and NR3A-B subunits. Many serine/threonine phosphorylation sites have been identified in NMDA receptor subunits, which are substrates for several kinases. Phosphorylation of NMDA receptors mediate synaptic plasticity through regulation of synaptic trafficking and surface expression of these receptors, in addition to the effects on channel function. Phosphorylation on NR2B-Ser1303 is mediated by CaM kinase II and PKC. Visual deprivation has been a powerful tool for investigating the anatomical and physiological correlates of experience-dependent plasticity. Rearing in the dark during a developmentally sensitive period blocks the development of retinal circuitry. In visual cortex, dark-rearing prolongs the critical period for ocular dominance plasticity, reduces LTD and increases LTP, attenuates the maturation of NMDA receptors and attenuates the developmental increase in inhibition relative to excitation. To test the role of neurotransmitter receptor phosphorylation on visual system plasticity, we examined the effects of dark rearing on phosphorylation of NMDA receptor subunit NR2B in rat visual cortex. In visual cortex, we found that dark rearing rats from birth leads to an increase of the percentage of NR2B subunits of the NMDA receptor that are phosphorylated on Serine 1303. Increases in NR2B subunit phosphorylation in dark-reared rats were observed at both P21 (27%) and P30 (47%) which implies that modulation of NMDA subunit phosphorylation appears at the onset and continues during the critical period for ocular dominance plasticity in rats. Our results suggest that NR2B phosphorylation at Ser1303 is regulated by activity in rat visual cortex. There is evidence for PKC-mediated enhancement of NMDA receptor currents by direct phosphorylation of NR2B at Ser1303. Several studies have shown that visual deprivation increases the current duration of synaptic NMDA receptors. A putative molecular basis for this current enhancement could be the increased phosphorylation of NR2B subunit at ser1303.

Στη διπλωματική εργασία αυτή μελετάμε αναλυτικά και υπολογιστικά το φαινόμενο της μίξης τεσσάρων κυμάτων σε δια-υποζωνικές μεταβάσεις ενός συστήματος που αποτελείται από δομές συμμετρικών ημιαγώγιμων κβαντικών πηγαδιών. Στο θεωρητικό μοντέλο παίρνουμε υπόψη δύο υποζώνες ενός ημιαγώγιμου κβαντικού πηγαδιού που αλληλεπιδρούν ταυτόχρονα με ένα ισχυρό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο (πεδίο σύζευξης) καθορισμένης συχνότητας και ένα ασθενές ηλεκτρομαγνητικό πεδίο (πεδίο ιχνηθέτη) μεταβλητής συχνότητας. Περά από τη σύμφωνη αλληλεπίδραση των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων με τα κβαντικά πηγάδια στη θεωρία μας συμπεριλαμβάνουμε και τα φαινόμενα των αλληλεπιδράσεων ηλεκτρονίου-ηλεκτρονίου. Για την περιγραφή της δυναμικής του συστήματος χρησιμοποιούμε τις εξισώσεις του πίνακα πυκνότητας που προκύπτουν, κάτω από κατάλληλες παραδοχές, από τις γενικευμένες μη-γραμμικές εξισώσεις Bloch. Οι εξισώσεις αυτές επιλύονται αριθμητικά για μια συγκεκριμένη δομή διπλού ημιαγώγιμου κβαντικού πηγαδιού GaAs/AlGaAs στην οποία μεταβάλλουμε την επιφανειακή πυκνότητα ηλεκτρονίων. Παρουσιάζουμε αποτελέσματα και για συνεχή και για παλμικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία και δείχνουμε ότι τόσο η ένταση όσο και η μορφή του φάσματος της μίξης τεσσάρων κυμάτων εξαρτάται σημαντικά από την επιφανειακή πυκνότητα ηλεκτρονίων, τη συχνότητα και την ένταση του πεδίου σύζευξης, και στην περίπτωση των παλμικών πεδίων από τη σειρά της χρονικής επιβολής των παλμών. / In this diploma thesis we study analytically and numerically the phenomenon of four-wave mixing in intersubband transitions of a symmetric double quantum well structure. In the theoretical model we consider two quantum well subbands that are coupled by a strong coupling electromagnetic field with fixed frequency and a weak probe electromagnetic field with varying frequency. We consider the coherent interaction of the electromagnetic fields with the quantum wells taking into account the effects of electron-electron interactions. For the description of the system dynamics we use the density matrix equations obtained from the generalized nonlinear Bloch equations. These equations are solved numerically for a realistic semiconductor quantum well structure GaAs/AlGaAs with varying electron sheet density. We present results for both continuous and pulsed electromagnetic fields and show that both the intensity and the shape of the four-wave mixing spectrum can be significantly dependent on electron sheet density, on the frequency and the intensity of the coupling field, and in the case of pulsed fields on the delay between the fields.

Στην εργασία αυτή γίνεται προσομοίωση της Διασταυρούμενης Διαμόρφωσης Φάσης που λαμβάνει χώρα σε ένα SOI κυματοδηγό υπό την προϋπόθεση της μηδενικής διασποράς. Για να καταλήξουμε στο μοντέλο προσομοίωσης παρουσιάζονται τα μη-γραμμικά οπτικά φαινόμενα τα οποία συμμετέχουν στο υπό μελέτη φαινόμενο καθώς επίσης και τα χαρακτηριστικά του κυματοδηγού που επιδρούν στην διάδοση του παλμού. Το τελικό μοντέλο λαμβάνει επίσης υπόψη του τις βασικές ιδιότητες του πυριτίου και τις διεργασίες που γίνονται σ’ αυτό κατά την διάρκεια της αλληλεπίδρασης του υλικού με την οπτική ακτινοβολία. Τα αποτελέσματα που δίνει το μοντέλο είναι η επίδραση της έντασης του παλμού άντλησης στην μεταβολή της φάσης του διαδιδόμενου κύματος και κατά συνέπεια την μεταβολή του μήκους κύματος. / In this work becomes simulation of Cross-Phase Modulation (XPM) that takes place in a silicon-on-insulator (SOI) waveguide under the condition less-dispersion. In order to we lead to the model of simulation are presented the nonlinear optical phenomena which participate in under study phenomenon as well as the characteristics of waveguide that affect in the propagation of pulses. The final model takes into consideration the basic properties of silicon and the activities that become in this at the duration of interaction of material with the optical radiation. The results that it gives the model are the effect of intensity of pump pulse in the change of phase of propagated wave and accordingly the change of wavelength.

Στην παρούσα εργασία μελετώνται οι μη γραμμικές ιδιότητες παραγώγων φουλλερενίων καθώς και η επίδραση της μεταφοράς φορτίου στην ενίσχυση της μη γραμμικότητας. Για τις πειραματικές μετρήσεις χρησιμοποιήθηκε η τεχνική ΟΚΕ ενώ έγιναν και θεωρητικοί υπολογισμοί , κβαντικής χημείας, προκειμένου να γίνει η απαραίτητη σύγκριση μεταξύ πειράματος και θεωρίας. / Ιn this project the nonlinear properties of some fullerene derivatives is studied. Particularly we examine the role of charge transfer in the nonlinear enhancement. The method that it was used for the experimental part was OKE technique. Moreover in the second part of this study theoretical calculations were held, in order to do a satisfying comparison between theory and experiment.