The impact of the amplified spontaneous emission (ASE) on the gain recovery time of a bulk semiconductor optical amplifier (SOA) is investigated. The gain-recovery time is obtained by determining the time evolution of the gain, carrier density, and ASE in an SOA, after the propagation of a short pump pulse and continuous-wave (CW) probe of gain dynamics. In the simulation, a wide-band-semiconductor model, which can be characterized by the material gain coefficient over a wide wavelength range, is used, because the gain bandwidth of a practical SOA is very wide. The pump pulse and counterpropagating CW probe field are considered in the simulation, with the ASE noise spectrum equally divided.
Chirality is ubiquitous in physics and biology from microscopic to macroscopic phenomena, such as fermionic interactions and DNA duplication. In photonics, chirality has traditionally represented differentiated optical responses for right and left circular polarizations. This definition of optical chirality in the polarization domain includes handedness-dependent phase velocities or optical absorption inside chiral media, which enable polarimetry for measuring the material concentration and circular dichroism spectroscopy for sensing biological or chemical enantiomers. Recently, the emerging field of non-Hermitian photonics, which explores exotic phenomena in gain or loss media, has provided a new viewpoint on chirality in photonics that is not restricted to the traditional polarization domain but is extended to other physical quantities such as the orbital angular momentum, propagation direction, and system parameter space. Here, we introduce recent milestones in chiral light-matter interactions in non-Hermitian photonics and show an enhanced degree of design freedom in photonic devices for spin and orbital angular momenta, directionality, and asymmetric modal conversion.
At the interface of two materials with frequency-dependent material-parameters of permittivity and permeability, there may exist two kinds of surface polaritons: surface electric-polaritons(SEPs) and surface magnetic-polaritons(SMPs). Possible combinations of the material-parameters to support propagation of the two surface polaritons are suggested at the interface between metals and metamaterials such as a left-handed material. Dispersion relations are also derived in order to characterize frequency dependence of propagation of the SEP and SMP. It is found that only one propagation mode of SEP or SMP is allowed at a given set of four material parameters, and that counter-propagation of the phase and group velocities of the propagation mode can be observed even in the case when there are no double negative(or, negative-index) materials. Physical origin of the counter-propagation of the group velocity is proposed by evaluating the ratio of two electromagnetic-energy densities of a surface polariton propagating along within the two interface media, and it is confirmed by the dispersion relations.
Water-induced strength reduction is one of the most critical causes for rock deformation and failure. Understanding the effects of water on the strength, toughness and deformability of rocks are of a great importance in rock fracture mechanics and design of structures in rock. However, only a few studies have been conducted to understand the effects of water on fracture properties such as fracture toughness, crack propagation velocity, consumed energy, and microstructural damage. Thus, in this study, we focused on the understanding of how microscale damages induced by water saturation affect mesoscale mechanical and fracture properties compared with oven dried specimens along three notch orientations-divider, arrester, and short transverse. The mechanical properties of calcite-cemented sandstone were examined using standard uniaxial compressive strength (UCS) and Brazilian tensile strength (BTS) tests. In addition, fracture properties such as fracture toughness, consumed energy and crack propagation velocity were examined with cracked chevron notched Brazilian disk (CCNBD) tests. Digital Image Correlation (DIC), a non-contact optical measurement technique, was used for both strain and crack propagation velocity measurements along the bedding plane orientations. Finally, environmental scanning electron microscope (ESEM) was employed to investigate the microstructural damages produced in calcite-cemented sandstone specimens before and after CCNBD tests. As results, both mechanical and fracture properties reduced significantly when specimens were saturated. The effects of water on fracture properties (fracture toughness and consumed energy) were predominant in divider specimens when compared with arrester and short transverse specimens. Whereas crack propagation velocity was faster in short transverse and slower in arrester, and intermediate in divider specimens. Based on ESEM data, water in the calcite-cemented sandstone induced microstructural damages (microcracks and voids) and increased the strength disparity between cement/matrix and rock forming mineral grains, which in turn reduced the crack propagation resistance of the rock, leading to lower both consumed energy and fracture toughness ($K_{IC}$).
As the radius of curvature of curved optical waveguide gets smaller, the loss increases at the junction of linear-curved waveguide by the cross sectional mode mismatch. The concept of lateral offset has been used widely to minimize it, and simple method of maximum matching has been efficient for most cases of silica waveguide with low optical confinement and large radius of curvature. Here, we analyzed that the propagation mode characteristics of the lateral offset and propagation mode characteristics of general case with effective index method and Airy function solution. As the normalized frequency varies, mode characteristics changes near the boundary of 1/V=0.7 and the simple matching of gaussian profile might give -35% of error at most. We proposed improved method with a new correction factor to improve the mode mismatch problem of conventional methods for general cases, and showed the convenience and feasibility of this method for the calculation of the lateral offset.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.27
no.4
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pp.47-54
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2020
Integration of active and passive waveguides is an essential component of the photonic integrated circuit and its elements. Butt joint is one of the important technologies to accomplish it with significant advantages. However, it suffers from high optical loss at the butt joint junction and need of accurate process control to align both waveguides. In this study, we used beam propagation method to simulate an integrated device composed of a laser diode and spot size converter (SSC). Two SSCs with different mode properties were combined with laser waveguide and optical coupling efficiency was simulated. The SSC with larger near field mode showed lower coupling efficiency, however its far field pattern was narrower and more symmetric. Tapered passive waveguide was utilized for enhancing the coupling efficiency and tolerance of waveguide offset at the butt joint without degrading the far field pattern. With this technique, high optical coupling efficiency of 89.6% with narrow far field divergence angle of 16°×16° was obtained.
Polymeric multi-mode optical waveguides were fabricated for parallel optical interconnection. Waveguide structures were molded by a Ni mold master using a hot embossing technique. The Ni mold master was manufactured by LIGA process. Multimode optical waveguides with a 48$\times$47 ${\mu}{\textrm}{m}$$^2$cross-section were produced by a simple two-step process. The propagation losses of the multimode waveguide measured at 0.85 ${\mu}{\textrm}{m}$ and 1.3 ${\mu}{\textrm}{m}$ wavelengths were 0.38 dB/cm and 0.66 dB/cm, respectively.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.41
no.10
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pp.51-56
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2004
We propose and fabricate an 1${\times}$2 asymmetric optical switch by TOE using SOI wafer based on silicon which has very large TOE figure and it is a good material for optical devices. SOI wafer consists of 3 layers; upper Si layer for device(waveguide;core, n=3.5), buried oxide layer for insulator(clad, n=1.5) and Si substrate layer. We designed 1${\times}$2 asymmetric y-branched single mode optical waveguide switch by BPM simulation and metal heater by heat transfer simulation. Fabricated switch shows about 3.5 watts of power consumption and over 20dB of crosstalk between output channels.
Flame propagation in a four-valve spark-ignition optical engine was visualized under lean-bum conditions with A/F=18 at 2000rpm. The early flame development in a four-valve pentroof-chamber single-cylinder engine was examined with imaging of the laser-induced Mie scattered light using an image-intensified CCD camera. Flame profiles along the line-of-sight were also visualized through a quartz piston window. Two-dimensional flame structures were visualized with a Proxitronic HF-1 fast motion camera system by Mie scattering from titanium dioxide particles along a planar laser sheet generated by a copper vapor laser. The flame propagation images were subsequently analysed with an image processing programme to obtain information about the flame structure under different tumble flow conditions generated by sleeved and non-sleeved intake ports. This allowed enhancement of the flame images and calculation of the enflamed area, and the displacement of its center, as a function of the tumble flow induced by the pentroof-chamber in the vicinity of spark plug. Image processing of the early flame development quantified the correlation between flame and flow characteristics near the spark plug at the time of ignition which has been known to be one of the most important factors in cyclic combustion variations in lean-burn engines. The results were also compared with direct flame images obtained from the natural flame luminosity of the lean mixture.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.6
s.261
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pp.701-709
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2007
To clarify the characteristics of surface damage due to fretting in press-fitted shaft, experimental methods were applied to small scale specimen with different bending load condition. Fatigue tests and interrupted fatigue tests of press-fitted specimen were carried out by rotate bending fatigue test. Macroscopic and microscopic characteristics were examined using scanning electron microscope (SEM), optical microscope or profilometer. It is found that small fatigue cracks are nucleated early in life regardless of bending stress, and thus the most portion of fatigue life on press fits can be considered to be crack propagation process. Most of surface cracks are initiated near the contact edge, and multiple cracks are nucleated and interconnected. Furthermore, the fretting wear rates at the contact edge are increased rapidly at the initial stage of total fatigue life. It is thus suggested that the fatigue crack nucleation and propagation process is strongly related to the evolution of surface profile by fretting wear in press fits.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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