• Current Optics and Photonics
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• 제4권4호
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• pp.293-301
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• 2020

In this paper we propose and theoretically analyze a monolithic multiparametric sensor consisting of a superstructure of surface-relief waveguide Bragg gratings (WBGs), a micro-machined diaphragm, and a cantilever beam. Diaphragms of two different configurations, namely circular and square, are designed and analyzed separately for pressure measurement. The square diaphragm is then selected for further study, since it shows relatively higher sensitivity compared to the circular one, as it incurs more induced stress when any pressure is applied. The cantilever beam with a proof mass is designed to enhance the sensitivity for acceleration measurement. A unique mathematical method using coupled-mode theory and the transfer-matrix method is developed to design and analyze the shift in the Bragg wavelength of the superstructure configuration of the gratings, due to simultaneously applied pressure and acceleration. The effect of temperature on the wavelength shift is compensated by introducing another Bragg grating in the superstructure configuration. The measured sensitivities for pressure and acceleration are found to be 0.21 pm/Pa and 6.49 nm/g respectively.

• Coupled systems mechanics
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• 제11권4호
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• pp.357-371
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• 2022

This paper presents a parametric study on the free vibration analysis of a functionally graded material (FGM) circular plate with non-uniform thickness resting on a variable Pasternak elastic foundation. The mechanical properties of the material vary in the transverse direction through the thickness of the plate according to the power-law distribution to represent the constituent components. The equation of motion of the circular plate has been carried out based on the classical plate theory (CPT), and the differential quadrature method (DQM) is employed to solve the governing equations as a semi-analytical method. The grid points are chosen based on Chebyshev-Gauss-Lobatto distribution to achieve acceptable convergence and better accuracy. The influence of geometric parameters, variable elastic foundation, and functionally graded variation for clamped and simply supported boundary conditions on the first three natural frequencies are investigated. Comparisons of results with similar studies in the literature have been presented and two-dimensional mode shapes for particular plates have been plotted to illustrate the effect of variable thickness profile.

• Coupled systems mechanics
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• 제13권4호
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• pp.277-291
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• 2024

The objective of this work is to study the effects of the modification of material properties on the vibration of the FGM beam using an integral shear strain model. In the present theory, the rotational displacement is replaced by an integral term in the displacement fields. The use of a shear correction factor is not necessary because our model gives a parabolic description of shear stress through the thickness while satisfying the conditions of zero shear stresses on the bottom and top surfaces of the beam. The FGM beam is assumed that the beam is a mixture of metal and ceramic, and that its properties change depending on the power functions of the thickness of the beam such as: linear, quadratic, cubic and inverse quadratic. By applying Hamilton's principle, general formulas were obtained to obtain the frequencies of the FGM beam. The effects of changing compositional characteristics of materials presented by volume fraction of FGM beams with simply supported edges on free vibration and some mode shapes are investigated.

• Structural Monitoring and Maintenance
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• 제8권4호
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• pp.345-360
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• 2021

This paper presents an analytical approach to calculate the buckling load of the cylindrical ring structures subjected to both hydrostatic and hydrodynamic pressures. Based on the conservative law of energy and Timoshenko beam theory, a theoretical formula, which can be used to evaluate the critical pressure of buckling, is first derived for the simplified cylindrical ring structures. It is assumed that the hydrodynamic pressure can be treated as an equivalent hydrostatic pressure as a cosine function along the perimeter while the thickness ratio is limited to 0.2. Note that this paper limits the deformed shape of the cylindrical ring structures to an elliptical shape. The proposed analytical solutions are then compared with the numerical simulations. The critical pressure is evaluated in this study considering two possible failure modes: ultimate failure and buckling failure. The results show that the proposed analytical solutions can correctly predict the critical pressure for both failure modes. However, it is not recommended to be used when the hydrostatic pressure is low or medium (less than 80% of the critical pressure) as the analytical solutions underestimate the critical pressure especially when the ultimate failure mode occurs. This implies that the proposed solutions can still be used properly when the subsea vehicles are located in the deep parts of the ocean where the hydrostatic pressure is high. The finding will further help improve the geometric design of subsea vehicles against both hydrostatic and hydrodynamic pressures to enhance its strength and stability when it moves underwater. It will also help to control the speed of the subsea vehicles especially they move close to the sea bottom to prevent a catastrophic failure.

• 전자공학회논문지D
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• 제36D권11호
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• pp.18-26
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• 1999

최근, 유사 빔 전파방법이나 비 직교성 결합모드이론과 같은 다양한 근시적 해석법들이 중첩모드에 기초한 테이퍼 방향성 결합기의 그 광학적 특성을 분석하기 위하여 제안되어 왔다. 비록, 이들 접근 방식들이 특별한 구조에서 충분히 정확한 결과들을 제공하지만 테이퍼 전송 구조와 같은 민감한 광 소자 해석에는 불충분하다. 이를 위하여, 우리는 그 방향성 결합기의 전력전송을 정확하게 해석하기 위하여 새롭게 발전된 모드 전송선로, 해석법을 소개하고 이용하고자 한다. 이를 이용한 수치 해석 결과 대칭인 두 테이퍼 채널의 간격이 증가함에 따라 우/기 모드의 전파상수는 하나의 값으로 수렴하였다. 더욱이, 테이퍼 각도가 ${\theta}=0.1^{\circ}$일 때 하나의 전송 채널을 통하여 입사된 모드의 97%가 다른 전송 채널로 전송되었고, 그 기운 각도가 증가함에 따라 전력 전송은 현저하게 감소하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권9호
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• pp.6221-6226
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• 2015

광통신시스템에서 효율적인 광전송을 위해서는 광섬유와 필름 도파로사이에 효율적인 결합이 필요하다. 광섬유와 필름 도파로를 직접연결하면 광섬유와 필름 도파로간의 크기 및 모양의 차이로 인한 필드 프로필의 불일치로 인하여 연결부위에서 많은 광손실이 발생하기 때문에 광효율이 저하된다는 문제점이 존재한다. 이에 본 논문에서는 광섬유와 광도파로의 직접 연결 시 발생하는 효율의 저하를 막기 위해 광섬유와 광도파로를 연결하는 Y-branch를 설계하고 제작하였다. Y-branch의 해석방법으로는 많은 광도파로의 해석법 중 가장 간단하고 적용이 쉬운 섭동궤환방법을 사용하였다. 해석된 결과를 이용하여 $LiNbO_3$ 에 Ti를 확산시키는 방법을 통하여 Y-branch를 제작하여 측정을 실시하였다. 측정은 $1550{\mu}m$ LD레이저 광원을 이용하여 커플러를 통하여 광이 입사하도록 구성한 후 출련단에서 광신호의 near field mode를 측정하였다. 이를 통하여 Y-branch를 통해 입사하는 광의 입사조건을 변화시켜도 고차모드들은 모두 제거되고 기본 모드만 유지되고 있는 특성을 확인하였다.

• 한국광학회지
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• 제14권5호
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• pp.545-554
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• 2003

Ti:LiNbO$_3$세 도파로 방향성 결합기와 CPW진행파 전극으로 구성된 완전 스위칭이 가능한 외부 광변조기를 설계, 제작하였다. 결합 모드 이론을 이용하여 세 도파로 광결합기의 스위칭 현상을 해석하였으며, 유한차분법을 이용하여 단일 모드를 갖는 광도파로의 설계 및 공정 파라미터를 도출하였으며, 이를 이용하여 광 결합길이를 계산하였다. 등각사상법과 반복이완법을 이용하여, CPW구조 진행파 전극의 특성임피던스와 M/W(Micro wave)유효굴절률 정합조건을 동시에 만족하는 설계 파라미터를 도출하였다. 제작된 세 도파로 광변조기의 삽입손실과 스위칭 전압은 약 4㏈와 19V였으며, S 파라미터를 측정하여 특성임피던스 Z$_{c}$=45 Ω M/W 유효굴절률 N$_{eff}$=2.20, 그리고 감쇠상수 $\alpha$$_{0}$=0.055/cm√GHZ 등의 진행파 전극 파라미터를 추출하였다. 추출된 진행파 전극 파라미터를 이용하여 이론적인 주파수 응답 R($\omega$)을 계산하였으며, Photo Detector로 측정된 주파수 응답과 비교하였다. 주파수 응답 측정 결과, 3㏈ 변조대역폭은 13 GHz로 측정되었다.

• 한국광학회지
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• 제15권4호
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• pp.375-384
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• 2004

Ti:LiNbO$_3$ 세 도파로형 광도파로와 CPW 진행파 전극으로 구성된 고속 외부 광변조기를 설계, 제작하였다. 결합모드 이론을 이용하여 세 도파로 광결합기의 스위칭 현상을 해석하였으며, 유한차분법을 이용하여 결합길이를 계산하였다. SOR에 의해 위상속도 및 특성 임피던스 정합 조건이 만족되도록 CPW 진행파 전극의 파라미터를 설계하였다. 제작된 소자의 dc 스위칭 및 전극의 RF 특성을 측정하였다. 제작된 세 도파로 광변조기의 삽입손실과 스위칭 전압은 약 4 dB와 15.6 V였다. RF 특성을 얻기 위하여 회로분석기(Network Analyzer)를 이용하여 진행파 전극의 S 파라미터를 측정하였다. 측정 결과 진행파 전극의 특성임피던스 Z$_{c}$=39.2$\Omega$, M/W(Microwave) 유효굴절률 N$_{eff}$=2.48, 그리고 감쇠상수 a$_{m}$ =0.0665/(equation omitted)등의 파라미터를 추출하였다. 추출된 진행파 전극 파라미터를 이용하여 이론적인 주파수 응답 R($\omega$)을 계산하였으며, 광 검출기로 측정된 주파수 응답 R($\omega$)과 비교하였다. 주파수 응답측정 결과, 3 dB 변조대역폭은 13 GHz로 측정되었다.