A $1{\times}16$ thermo-optic switch with small excess loss using multimode interference(MMI) couplers is designed, fabricated, and measured. This paper introduces the proposed $1{\times}16$ thermo-optic switch, and discusses the measurement results. The $1{\times}16$ thermo-optic switch is farmed as 4-stage which consists of 15 unit devices. The unit devices are the $2{\times}2$ thermo-optic switches with Mach-Zehnder interferometer(MZI) structure. The characteristics of the $1{\times}16$ thermo-optic switch depends strongly on each unit device. The unit deviceconsists of two 3-dB general interference MMI couplers and two single mode waveguide arms as a phase shifter. First of all, the 3-dB optical splitter and $2{\times}2$ MZI thermo-optic switch have been tested to confirm the characteristics of the unit devices of the $1{\times}16$ MZI thermo-optic switch. Using the measurement results of the unit devices, the $1{\times}16$ MZI thermo-optic switch can be produced with better characteristics. The resultant structure of the MMI coupler with the optical light source of wavelength of 1550nm for the $1{\times}16$ thermo-optic switch is that the width and the optimized length are $25{\mu}m\;and\;1580{\mu}m$, respectively. The smallest excess loss fur the unit device is -0.5dB and the average excess loss is -0.7dB.
This paper proposes how to fabricate an educational Mach-Zehnder interferometer that is easy to align and inexpensive, using 3D printers and semiconductor lasers. The interferometer consists of a body $165mm{\times}120mm{\times}57mm$ in size, mirror mounts, a laser holder, beam splitters, and so on. The laser path is adjusted by 4 mirror mounts, each comprised of rubber bands, small metal wires, and a screw. The interference fringe is enlarged by the lens at the final stage. The refractive index of a slide glass was measured by counting the number of moving interference fringes while the slide glass, inserted into one of the two interferometer arms, is rotating. The formula for the refractive index as a function of the optical-path difference and rotation angle was obtained, and used to calculate the refractive index of glass from the interferometer experiment. The use of a rotating glass in one arm of the interferometer nullifies the need for a precision stage, which despite its high cost is often required to observe the moving interference fringe in the classroom. Therefore, the 3D-printed Mach-Zehnder interferometer proposed in this paper can be very useful for education, because of its affordability and performance. It enables students to perform both qualitative and quantitative studies using a 3D-printed interferometer, such as measuring the refractive index of a glass sample, and the wavelength of light.
Complexation experiment between humic acid and heavy metal cations was conducted to clear information on heavy metal adsorption by soil organic constituent. The absorbance of UV-visible light of humic acid-metal complexes increased with increasing wavelength, and the order of their absorbance was in the order of Zn->Cd->Cu- saturated humic acid. Carboxyl and phenolic OH groups participated in the complex formation between heavy metal cations and functional groups of humic acid, and the amounts complex was in the order of $Cu^{+{+}}$ > $Zn^{+{+}}$$\geq$$Cd^{+{+}}$. The stability constants of humic acid-metal complexes increased with increasing pH, and the order of first stability constants was $Zn^{+{+}}$ > $Cd^{+{+}}$ > $Cu^{+{+}}$, and those of second and overall stability constants were $Cu^{+{+}}$ > $Zn^{+{+}}$ > $Cd^{+{+}}$. With increasing pH, the average binding numbers betwen heavy metal cations and functional groups of humic acid increased the order of $Cu^{+{+}}$ > $Zn^{+{+}}$ > $Cd^{+{+}}$. It was postulated that two types of complexations between heavy metal cations and functional groups of humic acid. One was the reactions in which only carboxyl groups participated to form complexes, and the other was those in which both carboxyl and phenolic OH groups simultaneously participated.
Ahn, Seung Ho;Jung, Hyun Seung;Kim, Jin Sung;Son, Seung Wan
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.5
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pp.128-135
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2021
Thin-walled tubes have been widely used as energy absorbing devices because they are light and have high energy-absorption efficiency. However, the downside is that conventional thin-walled tubes usually exhibit an excessive initial peak crushing force (IPCF) and a large fluctuation in the load-displacement curve, and thus lack stability as energy absorbing devices. Corrugated tubes were introduced to reduce IPCF and to increase the stability of collision energy-absorbing devices. Since the performance of corrugated tubes is highly influence by geometry, design optimization methods can be utilized to optimize the performance of corrugated tubes. In this paper, we utilize shape design optimization based on an adaptive surrogate model for crashworthiness analysis. The amplitude and wavelength of the corrugation, as well as curvature changes in the features, are the design variables. A morphing methodology is adopted to perform shape design parameterization. Through numerical examples, we compare optimal design results based on the adaptive surrogate model, with optimal results based on conventional surrogate models, and we show that direct optimal design methods produce more efficient results.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.14
no.3
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pp.497-504
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2019
We fabricated $HfO_2$ thin films using RF magnetron sputtering method, and investigated structural and optical properties of $HfO_2$ thin films with RTA temperatures in $N_2$ ambient. $HfO_2$ thin films exhibited polycrystalline structure regardless of annealing process, FWHM of M (-111) showed reduction trend. The surface roughness showed the smallest of 3.454 nm at a annealing temperature of $600^{\circ}C$ in result of AFM. All $HfO_2$ thin films showed the transmittance of about 80% in visible light range. By fitting the refractive index from the transmittance and reflectance to the Sellmeir dispersion relation, we can predict the refractive index of the $HfO_2$ thin film according to the wavelength. The $HfO_2$ thin film annealed at $600^{\circ}C$ exhibited a high refractive index of 2.0223 (${\lambda}=632nm$) and an excellent packing factor of 0.963.
The use of ultraviolet (UV) spectroscopy for foods is known to have a microbial inhibitory effect. UV-A having a longer wavelength than UV-C can be used for continuous or intermittent UV irradiation of food stored in containers or packages. Because UV-LED can be used effectively at a low price, this study reported the effect of UV-A 365 nm-LED on inhibiting Bacillus subtilis in accordance with the packaging conditions employed in daily use. The packaging materials were linear low-density polyethylene (LLD-PE), nylon/low density polyethylene (LDPE), polystyrene, and glass. When all packaging materials were treated with 365 nm UV-LED, B. subtilis was observed to remain inactive for 30-60 min. Further, compared with the control (-log 5), the survival rate of B. subtilis was -log 2.0-2.5 for nylon/LDPE and -log 2.58-3.61 for LLD-PE. These packaging materials showed an excellent inhibitory effect regardless of their thickness. Typically, a decrease in the viable cell count of more than 3 log indicates a 99.9% bactericidal effect. These results suggest that 365 nm UV-LED permeated the packaging material and inhibited bacterial growth.
Kim, Gyeong-Ok;Kim, Ki-Won;Cho, Kwon-Koo;Ryu, Kwang-Sun
Applied Chemistry for Engineering
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v.22
no.2
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pp.190-195
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2011
To investigate the photon-trapping effect and scattering layer effect of $TiO_2$ multi-layer in dye-sensitized solar cell (DSSC) and the degree of recombination of electrons at the electrode treated $TiCl_4$, we formed electrodes of different conditions and obtained the most optimal electrode conditions. To estimate characteristics of the cell, IV curve, UV-Vis spectrophotometer, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and incident photon-to-current conversion efficiency (IPCE) were measured. As a result, we confirmed that the multi-layer's efficiency was higher than that of monolayer in the IV curve and the performance of $TiCl_4$ treated electrode was increased according to decreasing the impedance of EIS. Among several conditions, the efficiency of the cell with scattering layer is higher than that of a layer with the base electrode about 19%. Because the light scattering layer enhances the efficiency of the transmission wavelength and has long electron transfer path. Therefore, the value of the short circuit current increases approximately 10% and IPCE in the maximum peak also increases about 12%.
Canever, Jaquelini Betta;Barbosa, Rafael Inacio;Hendler, Ketlyn Germann;Neves, Lais Mara Siqueira das;Kuriki, Heloyse Uliam;Aguiar, Aderbal Silva Junior;Fonseca, Marisa de Cassia Registro;Marcolino, Alexandre Marcio
The Korean Journal of Pain
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v.34
no.3
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pp.250-261
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2021
Background: Complex regional pain syndrome type I (CRPS-I) consists of disorders caused by spontaneous pain or induced by some stimulus. The objective was to verify the effects of photobiomodulation (PBM) using 830 nm wavelength light at the affected paw and involved spinal cord segments during the warm or acute phase. Methods: Fifty-six mice were randomized into seven groups. Group (G) 1 was the placebo group; G2 and G3 were treated with PBM on the paw in the warm and acute phase, respectively; G4 and G5 treated with PBM on involved spinal cord segments in the warm and acute phase, respectively; G6 and G7 treated with PBM on paw and involved spinal cord segments in the warm and acute phase, respectively. Edema degree, thermal and mechanical hyperalgesia, skin temperature, and functional quality of gait (Sciatic Static Index [SSI] and Sciatic Functional Index [SFI]) were evaluated. Results: Edema was lower in G3 and G7, and these were the only groups to return to baseline values at the end of treatment. For thermal hyperalgesia only G3 and G5 returned to baseline values. Regarding mechanical hyperalgesia, the groups did not show significant differences. Thermography showed increased temperature in all groups on the seventh day. In SSI and SFI assessment, G3 and G7 showed lower values when compared to G1, respectively. Conclusions: PBM irradiation in the acute phase and in the affected paw showed better results in reducing edema, thermal and mechanical hyperalgesia, and in improving gait quality, demonstrating efficacy in treatment of CRPS-I symptoms.
Park, Seo-Hyun;Choi, Yein;Lee, Hong Joo;Park, Chan-gyu
Journal of Environmental Health Sciences
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v.47
no.6
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pp.540-547
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2021
Background: Indoor air pollutants are caused by a number of factors, such as coming in from the outside or being generated by internal activities. Typical indoor air pollutants include nitrogen dioxide and carbon monoxide from household items such as heating appliances and volatile organic compounds from building materials. In addition there is carbon dioxide from human breathing and bacteria from speaking, coughing, and sneezing. Objectives: According to recent research results, most indoor air pollution is known to be greatly affected by internal factors such as burning (biomass for cooking) and various pollutants. These pollutants can have a fatal effect on the human body due to a lack of ventilation facilities. Methods: We fabricated a polydopamine (PDA) layer with Ti substrates as a coating on supported glass fiber fabric to enhance its photo-activity. The PDA layer with TiO2 was covalently attached to glass fiber fabric using the drop-casting method. The roughness and functional groups of the surface of the Ti substrate/PDA coated glass fiber fabric were verified through infrared imaging microscopy and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). The obtained hybrid Ti substrate/PDA coated glass fiber fabric was investigated for photocatalytic activity by the removal of ammonia and an epidermal Staphylococcus aureus reduction test with lamp (250 nm, 405 nm wavelength) at 24℃. Results: Antibacterial properties were found to reduce epidermal staphylococcus aureus in the Ti substrate/PDA coated glass fiber fabric under 405 nm after three hours. In addition, the Ti substrate/PDA coated glass fiber fabric of VOC reduction rate for ammonia was 50% under 405 nm after 30 min. Conclusions: An electron-hole pair due to photoexcitation is generated in the PDA layer and transferred to the conduction band of TiO2. This generates a superoxide radical that degrades ammonia and removes epidermal Staphylococcus aureus.
Jin-Hyoung, Jeong;Jae-Hyun, Jo;Jee-Hun, Jang;Sang-Sik, Lee
The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology
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v.15
no.6
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pp.463-470
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2022
Intravenous injection is widely used for patient treatment, including injection drugs, fluids, parenteral nutrition, and blood products, and is the most frequently performed invasive treatment for inpatients, including blood collection, peripheral catheter insertion, and other IV therapy, and more than 1 billion cases per year. Intravenous injection is one of the difficult procedures performed only by experienced nurses who have been trained in intravenous injection, and failure can lead to thrombosis and hematoma or nerve damage to the vein. Nurses who frequently perform intravenous injections may also make mistakes because it is not easy to detect veins due to factors such as obesity, skin color, and age. Accordingly, studies on auxiliary equipment capable of visualizing the venous structure of the back of the hand or arm have been published to reduce mistakes during intravenous injection. This paper is about the development of venous detection equipment that visualizes venous structure during intravenous injection, and the optimal combination was selected by comparing the brightness of acquired images according to the combination of near-infrared (NIR) LED and Filter with different wavelength bands. In addition, an image processing algorithm was derived to threshehold and making blood vessel part to green through grayscale conversion, histogram equilzation, and sharpening filters for clarity of vein images obtained through the implemented venous detection experimental module.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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