Over the past two decades, fiber-based lasers have made remarkable progress, now having reached power levels exceeding kilowatts and drawing a huge amount of attention from academy and industry as a replacement technology for bulk lasers. In this paper we review the significant factors that have led to the progress of fiber lasers, such as gain-fiber regimes based on ytterbium-doped silica, optical pumping schemes through the combination of laser diodes and double-clad fiber geometries, and tandem schemes for minimizing quantum defects. Furthermore, we discuss various power-limitation issues that are expected to incur with respect to the ultimate power scaling of fiber lasers, such as efficiency degradation, thermal hazard, and system-instability growth in fiber lasers, and various relevant methods to alleviate the aforementioned issues. This discussion includes fiber nonlinear effects, fiber damage, and modal-instability issues, which become more significant as the power level is scaled up. In addition, we also review beam-combining techniques, which are currently receiving a lot of attention as an alternative solution to the power-scaling limitation of high-power fiber lasers. In particular, we focus more on the discussion of the schematics of a spectral beam-combining system and their individual requirements. Finally, we discuss prospects for the future development of fiber laser technologies, for them to leap forward from where they are now, and to continue to advance in terms of their power scalability.
Three-dimensional microscopic approaches in histopathology display multiplex properties that present puzzling questions for specimens as related to their comprehensive volumetric information. This information includes spatial distribution of molecules, three-dimensional co-localization, structural formation and whole data set that cannot be determined by two-dimensional section slides due to the inevitable loss of spatial information. Advancement of optical instruments such as two-photon microscopy and high performance objectives with motorized correction collars have narrowed the gap between optical theories and the actual reality of deep tissue imaging. However, the benefits gained by a prolonged working distance, two-photon laser and optimized beam alignment are inevitably diminished because of the light scattering phenomenon that is deeply related to the refractive index mismatch between each cellular component and the surrounding medium. From the first approaches with simple crude refractive index matching techniques to the recent cutting-edge integrated tissue clearing methods, an achievement of transparency without morphological denaturation and eradication of natural and fixation-induced nonspecific autofluorescence out of real signal are key factors to determine the perfection of tissue clearing and the immunofluorescent staining for high contrast images. When performing integrated laboratory workflow of tissue for processing frozen and formalin-fixed tissues, clear lipid-exchanged acrylamide-hybridized rigid imaging/immunostaining/in situ hybridization-compatible tissue hydrogel (CLARITY), an equipment-based tissue clearing method, is compatible with routine procedures in a histopathology laboratory.
Single crystalline $CoFe_2O_4$ thin films on (100) MgO substrates were fabricated using a rf magnetron sputtering method. The deposited films were investigated for their crystallization by X-ray diffraction, Rutherford back-scattering spectroscopy and field emission scanning electron microscopy. When a cobalt ferrite film was deposited at the substrate temperature of $600^{\circ}C$, squared grains of about 200 nm were uniformly distributed in the film. However, the grains became irregular and their sizes also varied from 30 to 150 nm when the substrate temperature was $700^{\circ}C$. Hysteresis loops of a film deposited at $600^{\circ}C$ showed that the magnetically easy axis of the film was perpendicular to the substrate surface. Except for the squareness ratio, magnetic properties of the cobalt ferrite films grown by the present rf sputtering method were as good as those of the films prepared by a laser ablation method: The in-plane and perpendicular coercivities were 283 and 6800 Oe, respectively. As the thickness of the deposited film increased twice, the saturation magnetization became double but the coercivity remained unchanged. However, deposition of the Co ferrite films with a higher rf powder decreased the squareness ratio and the perpendicular coercivity of the films.
We have fabricated and analyzed the lasing characteristics of 1.3$\mu\textrm{m}$ Spot-Size-Converter (SSC) integrated Fabry-Perot (FP) laser diodes, which are very promising light sources for optical subscriber networks. SSC-LDs has been developed by BIB (buttjoint-built-in) coupling and selective MOVPE growth. High-performances were achieved such as the slope efficiency from the SSC facet of 0.23-0.32 mW/mA, the full-width at the half maximum of the far-field pattern (FFP) of 9.5$^{\circ}$~12.3$^{\circ}$, the alignment tolerances of $\pm$2.3$\mu\textrm{m}$ and $\pm$2.5$\mu\textrm{m}$ within the extra-coupling loss of 1 dB for the vertical and parallel directions, respectively. These experimental results were compared to theoretical ones in order to clarify the operational problems and give a good design direction of the fabricated SSC-LDs. It was revealed that an asymmetric output power from the facets, an irrelevancy of FFP and the waveguide structure around SSC facet region, and a poor temperature characteristics were originated from the scattering in the BIB and SSC sections and SHB effect in the active section for the first time.t time.
Photodynamic therapy (PDT) is one of the expectable current cure operation methods. Tumor tissue is treated by abundant oxygen in a body and generated singlet or free radical from exterior laser diode and photosensitizer. Current problem of PDT is the low penetration power of the light beam in a deep seated large tumor and solid tumor thus results in low treatment outcome. In the study, we tried to develop interstitial photodynamics therapy treatment to solve this problem. As the accurate determination of light dosimetry in biological tissue is one of the most important factors affecting the effectiveness of PDT, parameters used in this study are the optical property of biological tissue. Since biological tissues have large scattering coefficient to visible light the penetration depth of a biological tissue in visible light region is only $15\~20$ mm. We showed that it is possible to measure fluence rate and penetration depth within the biological tissues by Monte Carlo simulation very well. Based on the MC simulation study, the effectiveness of interstitial photodynamic therapy on tumor control in solid tumor was proved through in vivo animal experiment.
A MANPADS(Man Portable Air Defense System), which tracks infrared energy, is light enough for individuals to carry and can against to a variety of aircraft, making it widely deployed around the world, posing a major threat to aircraft. A flare has been developed as an IRCM(Infrared Countermeasures) that protects the life of friendly aircraft and combatants by deceiving such guided missiles. However, DIRCM, which can overcome the problems of existing IRCM, is being developed mainly in some developed countries, and the need for it has been increasing gradually. This paper modeled first generation IR seeker of AM modulation method, the second generation IR seeker of FM modulation method, and the third generation IR seeker of pulse modulation method among various MANPADS, and modeled the scattering light phenomenon in the seeker when laser beams are investigated in DIRCM. Using this, jamming simulations were performed in various engagement environments of the MANPADS and aircraft equipped with DIRCM, and the miss distance of the guided missiles and aircraft were analyzed. Simulation results show that DIRCM, which irradiates a modulated laser beam with one jamming code, deceives both first, second and third generation MANPADS at 1km and 2km of engagement distance. In particular, the survival rate of aircraft equipped with DIRCM increased when the distance of engagement increased from 1km to 2km, and the survival rate was at least 99% at 2km of engagement distance.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.15
no.6
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pp.244-251
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2005
The relationship between particle size of hydro-thermally synthesized barium titanate powders (BT01, BT02, BT03, BT04, BT05) and the powder properties was investigated by means of particle size, specific surface area, zeta potential, XPS, XRD and SEM. Particle size determined by laser light scattering is closely related with specific surface area and the tetragonality (c/a) obtained from XRD. The specific surface area of the samples inversely decreased with increasing particle size except BT03 powder. BT03 sample showed higher surface area than BT04 sample of equivalent particle size, which was attributed mostly to the agglomeration of particles in terms of SEM image and XRD analysis. Zeta potential increased with increasing particle size with the exception of BT02 and BT03 which showed larger minus value of zeta potential in comparison with other BT powders. Beta potential results of BT02 and BT03 are considered to be related with the dissolution of $Ba^{2+}$ ion in these powers which was examined by XPS.
The controlled/living cationic polymerization of $\alpha$-methylstyrene (${\alpha}MeSt$) and sequential block copolymerization of isobutylene (IB) with ${\alpha}MeSt$ were achieved using 2-chloro-2,4,4-trimethylpentane (TMPCl)/titanium tetrachloride ($TiCl_4$)/titanium isopropoxide ($Ti(OiPr)_4$)/2,6-ditert-butylpyridine (DtBP) initiating system in $CH_3Cl$/hexane(50/50 v/v) solvent mixture at $-80^{\circ}C$. The polymerization rate decreased with increasing $[Ti(OiPr)_4]/[TiCl_4]$ ratio in the homopolymerization of ${\alpha}MeSt$. The effects of $[Ti(OiPr)_4]/[TiCl_4]$ ratios and $PIB^+$ molecular weight on the polymerization rate and blocking efficiency were also investigated. Well-defined poly(isobutylene-b-$\alpha$-methylstyrene)s were demonstrated by $^1H$-NMR and triple detection SEC; refractive index (RI), multiangle laser light scattering (MALLS) and ultraviolet (UV) detectors. Blocking efficiencies for the poly(isobutylene-b-$\alpha$-methylstyrene)s of almost 100% were obtained when ${\alpha}MeSt$ was induced by PIB's of $M_n\;{\geq}\;41000$ at $[Ti(OiPr)_4]/[TiCl_4]=1$. Differential scanning calorimetry (DSC) of the block copolymers showed two glass transition temperatures, thereby demonstrating microphase separation.
(3-mercaptopropyl)trimethoxysilane (MPTMS) was used as a silylation agent, and modified silica nanoparticles were prepared by solution polymerization. 2.0 g of silica nanoparticles, 150 ml of toluene, and 20 ml of MPTMS were put into a 300 ml flask, and these mixtures were dispersed with ultrasonic vibration for 60 min. 0.2 g of hydroquinone as an inhibitor and 1 to 2 drops of 2,6-dimethylpyridine as a catalyst were added into the mixture. The mixture was then stirred with a magnetic stirrer for 8 hrs. at room temperature. After the reaction, the mixture was centrifuged for 1 hr. at 6000rpm. After precipitation, 150 ml of ethanol was added, and ultrasonic vibration was applied for 30 min. After the ultrasonic vibration, centrifugation was carried out again for 1 hr. at 6000rpm. Organo-modification of silica nanoparticles with a ${\gamma}$-methacryloxypropyl functional group was successfully achieved by solution polymerization in the ethanol solution. The characteristics of the ${\gamma}$-mercaptopropyl modified silica nanoparticles (MPSN) were examined using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS, THERMO VG SCIENTIFIC, MultiLab 2000), a laser scattering system (LSS, TOPCON Co., GLS-1000), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR, JASCO INTERNATIONL CO., FT/IR-4200), scanning electron microscopy (SEM, HITACHI, S-2400), an elemental analysis (EA, Elementar, Vario macro/micro) and a thermogravimetric analysis (TGA, Perkin Elmer, TGA 7, Pyris 1). From the analysis results, the content of the methacryloxypropyl group was 0.98 mmol/g and the conversion rate of acrylamide monomer was 93%. SEM analysis results showed that the organo-modification of ultra-fine particles effectively prevented their agglomeration and improved their dispensability.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.1
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pp.21-28
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2000
Although commercial PIV systems have been widely used for the non-intrusive velocity field measurement of fluid flows, they are still under development and have considerable room for improvement. In this study, a single-frame double-exposure PIV system using a high-resolution CCD camera was developed. A pulsed Nd:Yag laser and high-resolution CCD camera were synchronized by a home-made control circuit. In order to resolve the directional ambiguity problem encountered in the single-frame PIV technique, the second particle image was genuinely shifted in the CCD sensor array during the time interval dt. The velocity vector field was determined by calculating the displacement vector at each interrogation window using cross-correlation with 50% overlapping. In order to check the effect of spatial resolution of CCD camera on the accuracy of PIV velocity field measurement, the developed PIV system with three different resolution modes of the CCD camera (512 ${\times}$ 512, lK ${\times}$ IK, 2K ${\times}$ 2K) was applied to a turbulent flow which simulate the Zn plating process of a steel strip. The experimental model consists of a snout and a moving belt. Aluminum flakes about $1{\mu}m$ diameter were used as scattering particles for the liquid flow in the zinc pot and the gas flow above the zinc surface was seeded with atomized olive oil with an average diameter of 1-$3{\mu}m$. Velocity field measurements were carried out at the strip speed $V_s$=1.0 m/s. The 2K ${\times}$ 2K high-resolution PIV technique was significantly superior compared to the smaller pixel resolution PIV system. For the cases of 512 ${\times}$ 512 and 1K ${\times}$ 1K pixel resolution PIV system, it was difficult to get accurate flow structure of viscous flow near the wall and small vortex structure in the region of large velocity gradient.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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