Tuning the spontaneous light emission in phoxonic cavities

The modulation of spontaneous light emission of active centers through elastic waves in Si/SiO_2 multilayer phoxonic structures that support dual photonic-phononic localized modes, in the bulk or at the surface, is studied by means of rigorous full electrodynamic and elastodynamic calculations. Our results show that strong dynamic modulation of the spontaneous emission can be achieved through an enhanced acousto-optic interaction when light and elastic energy are simultaneously localized in the same region

Highly Directional Scattering of Terahertz Radiation by Cylinders using Complex-Frequency Waves

In this study we investigate the directional scattering of terahertz radiation by dielectric cylinders, focusing on the enhancement of directionality using incident radiation of complex-frequency. We explore the optimization of the second Kerker condition, which corresponds to backward scattering. At first, by carefully tailoring the electric and magnetic polarizabilities of the cylinders, we successfully achieve significant backward scattering, and then manage to even further improve it by deploying a decaying incoming wave (\textit{complex}-frequency). Additionally, we present preliminary results on the directional scattering of THz radiation by a magneto-optical cylinder, demonstrating the potential of this approach for advanced control over the propagation of THz waves. Our findings contribute to a deeper understanding of THz directional scattering and pave the way for the development of novel THz devices and applications, such as high-resolution imaging, sensing, and communication systems

Υπολογιστικές μέθοδοι ανάλυσης αιτιότητας δεδομένων λειτουργικής απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Εφαρμοσμένη Μηχανική

Photonic structures for the control of light at the nanoscale

Nanophotonics is a rapidly growning research area that studies the interaction of light with nanostructured materials. Modern nanofabrication methods, offer many new possibilities in tailoring the propagation, emission, enhancement, detection and modulation of electromagnetic (EM) waves. All these phenomena attract a lot of interest because of the need for applications such as optical circuits, optical sensors and detectors, optical traps, solar cells and many more. Those devices promise to change our daily life drastically and improve services in diagnostics, therapeutics, enviromental care, safety, communications etc.This thesis attempts to give an answer to the question for efficient control of EM waves in the nanoscale, through the study and design of periodic photonic structures and surfaces for guidance and confinement of light, such as photonic membranes, and even more complex metallo-dielectric nanostructures for strong enhancement and localization of the field in subwavelegth dimensions. Additionaly, we investigated the modulation of the optical response and light emission in simultaneous photonic and phononic resonant cavities. Our work is theoretical and computational, using the layer multiple scattering (LMS) method for the solution of Maxwell equations in periodic media. An extension of the LMS method is also presented for the calculation of the EM field inside and outside of such structures, and also the computation of bound states. Our results can be compared directly with experimental studies from the literature and this work aims in designing and optimizing the optical properties of structures that can be fabricated using modern nanofabrication techniques.Η αλληλεπίδραση των ηλεκτρομαγνητικών (ΗΜ) κυμάτων με υλικά δομημένα στη νανοκλίμακα αποτελεί το κύριο αντικείμενο της νανοφωτονικής, που είναι το σημείο συνάντησης της παραδοσιακής οπτικής με τη νανοτεχνολογία, και είναι σήμερα ένας ταχύτατα αναδυόμενος ερευνητικός κλάδος. Εν γένει, τα νανοϋλικά με διαστάσεις συγκρίσιμες με το μήκος κύματος του φωτός, σε συνδυασμό και με την ανάπτυξη σύγχρονων μεθόδων σχηματοποίησης στη νανοκλίμακα, προσφέρουν νέες δυνατότητες χειρισμού της μετάδοσης, της εκπομπής, της ενίσχυσης, της ανίχνευσης και της διαμόρφωσης της ΗΜ ακτινοβολίας. Τα ζητήματα αυτά παρουσιάζουν ιδιαίτερα μεγάλο ενδιαφέρον τελευταία λόγω της ανάγκης για εφαρμογές όπως είναι τα οπτικά κυκλώματα, οι οπτικοί αισθητήρες και ανιχνευτές, οι οπτικές παγίδες, οι ηλιακές κυψελίδες και πολλά άλλα τα οποία αλλάζουν δραστικά πολλές πτυχές της καθημερινότητάς μας μέσω νέων συσκευών και υπηρεσιών που μπορούν να βελτιώσουν τομείς όπως η διάγνωση και θεραπεία ασθενειών, το περιβάλλον, η ασφάλεια, οι επικοινωνίες, και όχι μόνο.Η παρούσα διατριβή προσπαθεί να απαντήσει στην ανάγκη για αποδοτικότερο έλεγχο των ΗΜ κυμάτων στη νανοκλίμακα, μέσα από τη μελέτη και το σχεδιασμό φωτονικών περιοδικών δομών και επιφανειών για την οδήγηση και τη δέσμευση του φωτός, όπως είναι οι φωτονικές μεμβράνες, αλλά και πιο σύνθετων μεταλλο-διηλεκτρικών νανοδομών για την ενίσχυση και τον εντοπισμό του πεδίου σε διαστάσεις πολύ μικρότερες του μήκους κύματος. Επίσης, γίνεται μια ενδελεχής μελέτη γύρω από το πρόβλημα της ενίσχυσης της αλληλεπίδρασης ΗΜ και ακουστικών κυμάτων, αλλά και του ελέγχου της αυθόρμητης εκπομπής του φωτός, σε δομές που εντοπίζουν ταυτόχρονα φωτόνια και φωνόνια σε κοιλότητες συντονισμού. Η εργασία μας είναι θεωρητική και υπολογιστική, με τη χρήση της στρωματικής μεθόδου πολλαπλής σκέδασης για την επίλυση των εξισώσεων του Maxwell, την οποία επεκτείναμε κατάλληλα για τον υπολογισμό του πεδίου και την εύρεση των δέσμιων καταστάσεων σε περιοδικά συστήματα. Τα αποτελέσματά μας είναι άμεσα συγκρίσιμα με πειραματικές εργασίες από τη διεθνή βιβλιογραφία και η μελέτη μας αποσκοπεί στο σχεδιασμό και τη βελτιστοποίηση φωτονικών δομών που μπορούν να υλοποιηθούν με τη σημερινή νανοκατασκευαστική τεχνολογία

Active THz metasurfaces for compact isolation

Metasurfaces constitute an emerging technology, allowing for compact manipulation of all degrees of freedom of an incident lightwave. A key ongoing challenge in the design of these structures is how to allow for energy-efficient dynamic (active) operation, particularly for the polarization of incident light, which other standard devices typically cannot efficiently act upon. Here, we present a quasi-two-dimensional magneto-optic metasurface capable of simultaneously high-contrast on/off operation, as well as rotation of the polarization angle of a linearly polarized wave-that is, without converting the incident linear polarization to elliptical, which is normally particularly challenging. Furthermore, the device's operation is broadband, with a bandwidth of around 5 mu m, and can be conveniently manipulated using an external magnetic bias. Our findings, corroborated using two different full-wave simulation approaches, may allow for functional metasurfaces operating in the terahertz (THz) regime, giving rise to robust, energy-efficient, and high-dynamic-range broadband isolation, to be used for a wealth of optoelectronic and communication applications. (C) 2021 Optical Society of Americ

Μεθευρετικός αλγόριθμος αποδοχής κατωφλίου για το ανοιχτό πρόβλημα δρομολόγησης οχημάτων

Περίληψη: Σε μια κοινωνία στην οποία ο ανταγωνισμός και οι απαιτήσεις των καταναλωτών συνεχώς αυξάνονται, η μελέτη της εφοδιαστικής αλυσίδας είναι πολύ σημαντική για μια επιχείρηση έτσι ώστε να είναι ανταγωνιστική, πιο αποδοτική και κερδοφόρα. Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με το Ανοιχτό Πρόβλημα Δρομολόγησης Οχημάτων ή OVRP (Open Vehicle Routing Problem). Το συγκεκριμένο πρόβλημα βρίσκει εφαρμογή κυρίως σε εταιρίες στις οποίες δεν χρειάζεται τα οχήματα που χρησιμοποιούνται για τη διανομή να επιστρέφουν στην αποθήκη. Όλα τα οχήματα ξεκινούν από την αποθήκη και πρέπει να εξυπηρετήσουν όλους τους κόμβους (πελάτες) με τη ζήτηση του καθενός χωρίς να παραβιαστούν οι περιορισμοί χωρητικότητας των οχημάτων και μέγιστου χρόνου διαδρομής. Στόχος του προβλήματος είναι η εύρεση λύσης με όσο το δυνατόν λιγότερα οχήματα και την ελαχιστοποίηση της συνολικής απόστασης των διαδρομών. Για την εύρεση των αρχικών εφικτών λύσεων χρησιμοποιείται ο Αλγόριθμος Άπληστης Τυχαιοποιημένης Προσαρμοστικής Αναζήτησης γνωστός και ως GRASP (Greedy Randomized Adaptive Search Procedure). Στη συνέχεια για τη βελτίωση της αρχικής λύσης χρησιμοποιείται ο αλγόριθμος αποδοχής κατωφλίου (Threshold Accepted) σε συνδυασμό με τέσσερεις αλγόριθμους τοπικής αναζήτησης (1-0 relocate, 1-1 exchange, opt , swap). Ο αλγόριθμος εφαρμόζεται σε παραδείγματα της βιβλιογραφίας και γίνεται σύγκριση με τα βέλτιστα αποτελέσματα που έχουν δημοσιευτεί. Για την υλοποίηση του κώδικα χρησιμοποιήθηκε η προγραμματιστική γλώσσα Matlab