• Journal of Magnetics
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• 제20권3호
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• pp.308-311
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• 2015

We design a crisscrossed double-layer birdcage (DLBC) coil by modifying the coil geometry of a standard single-layer BC (SLBC) coil to enhance the homogeneity of transmitting magnetic flux density ($B_1{^+}$) along the main magnetic field ($B_0$)-direction for small-animal magnetic resonance imaging (MRI) at 300 MHz. The performance assessment of the crisscrossed DLBC coil is conducted by computational analysis with the finite-difference time domain method (FDTD) and compared with SLBC coil in terms of the $B_1$ and the $B_1{^+}$ distribution. As per the computational calculation studies, the mean value in the two-dimensional $B_1{^+}$ map obtained at the mid-axial slice with the proposed DLBC coil is slightly lower than that obtained with the SLBC coil, but the $B_1{^+}$ value of the DLBC coil in the outermost plane (40 mm away from the central plane) shows improvements of 19.3% and 24.8% over the SLBC coil $B_1{^+}$ value when simulating a spherical phantom and realistic mouse body modeling. These simulation results indicate that, the $B_1{^+}$ homogeneity along the z-direction was improved by using DLBC configuration. Our approach enables $B_1{^+}$ homogeneity improvement along the zdirection, and it can also be applied to ultra-high field (UHF) MRI systems.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제27권3호
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• pp.156-161
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• 2014

We have investigated the optical properties of plamonic waveguide with tapered structure based on InP material for photonic integrated circuit(PIC). The proposed plasmonic waveguide is covered with the Ag thin film to generate the plasmonic wave on metallic interface. The optical characteristics of plasmonic waveguide were calculated using the three-dimensional finite-difference time-domain method. The plasmonic waveguide was fabricated with the lengths of 2 to $10{\mu}m$ and the widths of 400 to 700 nm, respectively. The plasmonic mode and optical loss were measured. The optimum plasmonic length is $10{\mu}m$ and widths are 600 and 700 nm in the fabricated waveguide. This plasmonic waveguide can be directly integrated with other conventional optical devices and can be essential building blocks of PIC.

• Journal of the Optical Society of Korea
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• 제18권3호
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• pp.274-282
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• 2014

In this study, closely spaced Au nanoparticles which are arranged in nanocluster (heptamer) configurations have been employed to design efficient plasmonic subwavelength devices to function at the telecommunication spectrum (${\lambda}$~1550 nm). Utilizing two kinds of nanoparticles, the optical properties of heptamer clusters composed of Au rod and shell particles that are oriented in triphenylene molecular fashion have been investigated numerically, and the cross-sectional profiles of the scattering and absorption of the optical power have been calculated based on a finite-difference time-domain (FDTD) method. Plasmon hybridization theory has been utilized as a theoretical approach to characterize the features and properties of the adjacent and mutual heptamer clusters. Using these given nanostructures, we designed a complex four-branch ($1{\times}4$) Y-shape splitter that is able to work at the near infrared region (NIR). This splitter divides and transmits the magnetic plasmon mode along the mutual heptamers arrays. Besides, as an important and crucial parameter, we studied the impact of arm spacing (offset distance) on the guiding and dividing of the magnetic plasmon resonance propagation and by calculating the ratio of transported power in both nanorod and nanoshell-based structures. Finally, we have presented the optimal structure, that is the four-branch Y-splitter based on shell heptamers which yields the power ratio of 23.9% at each branch, 4.4 ${\mu}m$ decaying length, and 1450 nm offset distance. These results pave the way toward the use of nanoparticles clusters in molecular fashions in designing various efficient devices that are able to be efficient at NIR.

• Journal of the Optical Society of Korea
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• 제18권3호
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• pp.261-273
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• 2014

In this paper, metal insulator metal (MIM) plasmonic slot cavity narrow band-pass filters (NBPFs) are studied. The metal and dielectric of the structures are silver (Ag) and air, respectively. To improve the quality factor and attenuation range, two novel NBPFs based on tapered structures and double cavity systems are proposed and numerically analyzed by using the two-dimensional (2-D) finite difference time domain (FDTD) method. The impact of different parameters on the transmission spectrum is scrutinized. We have shown that increasing the cavities' lengths increases the resonance wavelength in a linear relationship, and also increases the quality factor, and simultaneously the attenuation of the wave transmitted through the cavities. Furthermore, increasing the slope of tapers of the input and output waveguides decreases attenuation of the wave transmitted through the waveguide, but simultaneously decreases the quality factor, hence there should be a trade-off between loss and quality factor. However, the idea of adding tapers to the waveguides' discontinuities of the simple structure helps us to improve the device total performance, such as quality factor for the single cavity and attenuation range for the double cavity. According to the proposed NBPFs, two, three, and four-port power splitters functioning at 1320 nm and novel ultra-compact two-wavelength and triple-wavelength demultiplexers in the range of 1300-1550 nm are proposed and the impacts of different parameters on their performances are numerically investigated. The idea of using tapered waveguides at the structure discontinuities facilitates the design of ultra-compact demultiplexers and splitters.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제23권8호
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• pp.29-36
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• 2022

최근 지하공간에 대한 개발이 활발히 진행됨에 따라 지중 시설물의 정보에 대한 중요도가 증가하고 있다. 굴착작업을 수행하기 전에 지중 시설물의 위치를 정확히 파악해야 한다. 지표투과레이더(GPR)와 같은 지구물리적 탐사 방법은 지중 시설물을 조사하는데 유용하게 사용된다. GPR은 지반에 전자기파를 송출하며 지반과 다른 매질에 의해 반사되는 신호를 분석하여 지중시설물의 위치와 깊이 등을 파악한다. 그러나 GPR 데이터의 판독은 숙련된 전문가의 주관적 판단에 의존하기 때문에 이를 딥러닝을 통해 자동화하려는 많은 연구가 진행되고 있다. 딥러닝은 학습 데이터가 많을수록 정확한 모델을 만들 수 있으며, 이러한 학습데이터 축적에 있어 수치해석이 좋은 대안이 될 수 있다. 수치해석의 경우 지반의 불균질성을 모사하여 다양한 조건에서의 GPR 탐사 데이터를 생성할 수 있으며, 이를 이용하여 학습모델의 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 생각된다. 지반은 불균질하며, GPR 신호는 지반의 다양한 변수로 인해 영향을 받는다. 그러나 이러한 불균질 지반에 대한 연구가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 프랙탈 차원수와 지반의 함수비 범위에 따른 GPR탐사 신호특성을 분석하고 불균질한 지반을 모사하기 위한 입력파라미터에 대한 연구를 수행하였다. 프랙탈 차원수가 2.0을 넘어가면 적합곡선에 대한 오차가 크게 감소하는 것으로나타났다. 그리고 분석의 타당성을 확보하기 위해 함수율의 범위가 0.14 미만이어야 한다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제14권1호
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• pp.98-104
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• 2011

탐사 지구물리학에서 수치 모사는 지하매질에서의 탄성파 전파 현상을 이해하는데 중요한 통찰력을 제공한다. 탄성파 모사는 음향파 근사에 의한 수치 모사보다 계산시간이 많이 소요되지만 전단응력 성분을 포함하여 보다 현실적인 파동의 모사를 가능하게 한다. 그러므로 탄성파 모사는 탄성체의 반응을 탐사하는데 적합하다고 할 수 있다. 계산 시간이 길다는 단점을 극복하기 위해 본 논문에서는 그래픽 프로세서(GPU)를 이용하여 탄성파 수치 모사 시간을 단축하고자 하였다. GPU는 많은 수의 프로세서와 광대역 메모리를 갖고 있기 때문에 병렬화된 계산 아카텍쳐에서 사용할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서 사용한 GPU 하드웨어는 NVIDIA Tesla C1060으로 240개의 프로세서로 구성되어 있으며 102 GB/s의 메모리 대역폭을 갖고 있다. NVIDIA에서 개발된 병렬계산 아카텍쳐인 CUDA를 사용할 수 있음에도 불구하고 계산효율을 상당히 향상시키기 위해서는 GPU 장치의 여러 가지 다양한 메모리의 사용과 계산 순서를 최적화해야만 한다. 본 연구에서는 GPU 시스템에서 시간영역 유한차분법을 이용하여 2차원과 3차원 탄성과 전파를 수치 모사하였다. 파동전파 모사에 가장 널리 사용되는 유한차분법 중의 하나인 엇갈린 격자기법을 채택하였다. 엇갈린 격자법은 지구물리학 분야에서 수치 모델링을 위해 사용하기에 충분한 정확도를 갖고 있는 것으로 알려져 있다. 본 논문에서 제안한 모델링기법은 자료 접근 시간을 단축하기 위해 GPU 장치를 메모리 사용을 최적화하여 가능한 더 빠른 메모리를 사용한다. 이점이 GPU를 이용한 계산의 핵심 요소이다. 하나의 GPU 장치를 사용하고 메모리 사용을 최적화함으로써 단일 CPU를 이용할 경우보다 2차원 모사에서는 14배 이상, 3차원에서는 6배 이상 계산시간을 단축할 수 있었다. 세 개의 GPU를 사용한 경우에는 3차원 모사에서 계산효율을 10배 향상시킬 수 있었다.