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    Polarization-sensitive Optical Coherence Tomography Imaging of Pleural Reaction Caused by Talc in an ex vivo Rabbit Model

    생체 외 토끼 모델에서의 탈크에 의해 유발되는 흉막 반응의 편광 민감 광 결맞음 단층촬영 이미징

    Jung-Eun Park, Zhou Xin, Chulho Oak, Sungwon Kim, Haeyoung Lee, Eun-Kee Park, Minjung Jung, Daa Young Kwon, Shuo Tang, Yeh-Chan Ahn

    박정은, Zhou Xin, 옥철호, 김성원, 이해영, 박은기, 정민정, 권다영, Shuo Tang, 안예찬

    The chest wall, an organ directly affected by environmental particles through respiration, consists of ribs, a pleural layer and intercostal muscles. To ...

    흉벽은 호흡을 통해 환경 입자의 직접적인 영향을 받는 기관으로 늑골, 흉막층, 늑간근으로 구성되어 있다. 흉벽의 질병을 조기에 진단하고 치료하기 위해서는 흉벽의 세세한 ...

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    The chest wall, an organ directly affected by environmental particles through respiration, consists of ribs, a pleural layer and intercostal muscles. To diagnose early and treat disease in this body part, it is important to visualize the details of the chest wall, but the structure of the pleural layer cannot be seen by chest computed tomography or ultrasound. On the other hand, optical coherence tomography (OCT), with a high spatial resolution, is suited to observe pleural-layer response to talc, one of the fine materials. However, intensity-based OCT is weak in providing information to distinguish the detailed structure of the chest wall, and cannot distinguish the reaction of the pleural layer from the change in the muscle by the talc. Polarization-sensitive OCT (PS-OCT) takes advantage of the fact that specific tissues like muscle, which have optical birefringence, change the backscattered light’s polarization state. Moreover, the birefringence of muscle associated with the arrangement of myofilaments indicates the muscle’s condition, by measuring retardation change. The PS-OCT image is interpreted from three major perspectives for talc-exposure chest-wall imaging: a thickened pleural layer, a separation between pleural layer and muscle, and a phase-retardation measurement around lesions. In this paper, a rabbit chest wall after talc pleurodesis is investigated by PS-OCT. The PS-OCT images visualize the pleural layer and muscle, respectively, and this system shows different birefringence of normal and damaged lesions. Also, an analyisis based on phase-retardation slope supports results from the PS-OCT image and histology.


    흉벽은 호흡을 통해 환경 입자의 직접적인 영향을 받는 기관으로 늑골, 흉막층, 늑간근으로 구성되어 있다. 흉벽의 질병을 조기에 진단하고 치료하기 위해서는 흉벽의 세세한 부분을 시각화하는 것이 중요하지만, 흉부 전산화 단층촬영이나 초음파로는 흉막층의 구조를 볼 수 없다. 반면, 고해상도의 광 결맞음 단층촬영법(optical coherence tomography, OCT)은 미세한 재료 중 하나인 탈크에 의한 흉막층의 반응을 관찰하는 데 적합하다. 그러나 빛세기 기반의 광 결맞음 단층촬영법은 흉벽의 세부 구조를 구별할 수 있는 정보를 제공하기에는 부족하여 탈크에 의한 흉벽의 반응과 근육의 변화를 각각 구별할 수 없다. 편광 민감 광 결맞음 단층촬영법(polarization-sensitive OCT, PS-OCT)은 광학적 복굴절을 가진 근육 등의 특정 조직들이 후방산란된 빛의 편광 상태를 변화시킨다는 점을 이용한다. 또한 근필라멘트의 배열과 관련된 근육의 복굴절은 지연 변화를 측정함으로써 근육 상태를 나타낸다. 편광 민감 광 결맞음 단층촬영 영상은 두꺼운 흉벽, 흉벽과 근육 간의 분리, 병변 주위의 위상 지연 측정의 세 가지 주요 관점에서 해석된다. 본 논문에서는 탈크 흉막유착술(pleurodesis)을 시행한 토끼의 흉벽을 편광 민감 광 결맞음 단층촬영법으로 연구하였다. 편광 민감 광 결맞음 단층촬영 영상은 각 층과 근육을 시각화하였다. 그리고 이 시스템은 정상과 손상된 병변의 복굴절 차이를 보여주었다. 또한, 위상 지연 기울기 기반 분석을 통해 편광 민감 광 결맞음 단층촬영 영상 및 조직학적 결과를 뒷받침하였다.

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    February 2020
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    A Study of the Fiber Fuse in Single-mode 2-kW-class High-power Fiber Amplifiers

    단일 모드 2 kW급 고출력 광섬유 증폭기 내의 광섬유 용융 현상에 관한 연구

    Junsu Lee, Kwang Hyun Lee, Hwanseong Jeong, Dong Jun Kim, Jung Hwan Lee, Minsik Jo

    이준수, 이광현, 정환성, 김동준, 이정환, 조민식

    In this paper, we experimentally investigate the fiber fuse in single-mode 2-kW-class high-power fiber amplifiers, depending on the cooling method at the ...

    본 연구에서는 단일 모드 2 kW급 고출력 광섬유 증폭기에서 발생한 광섬유 용융 현상을 융착점 냉각 특성에 따라 실험적으로 분석한 결과를 소개한다. 레이저 ...

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    In this paper, we experimentally investigate the fiber fuse in single-mode 2-kW-class high-power fiber amplifiers, depending on the cooling method at the splicing point. We measured the temperature of the splicing point between the pump-signal combiner and gain fiber as a function of laser output power. The temperature of the splicing point increased from 20 to 32°C with a slope of 0.01°C/W, up to 1.2 kW of laser output power. At higher powers the temperature of the splicing point increased dramatically, with a slope of 0.08°C/W. After that, the fiber amplifier was destroyed during operation at 1.96 kW of output power by fiber fuse. The bullet shape, a common feature of fiber fuse, was observed in the damaged passive fiber core of the pump-signal combiner. Later, we adopted an improved water-cooled cold plate to increase the cooling efficiency at the splicing point, and investigated the laser output power. The temperature at the splicing point was 35.8°C with a temperature-rise slope of 0.007°C/W at the maximum output power of 2.05 kW. The beam quality M2 was measured to be less than 1.3, and the output beam’s profile was a stable Gaussian shape. Finally, neither fiber fuse nor mode instability was observed in the fiber amplifier at the maximum output power of 2.05 kW.


    본 연구에서는 단일 모드 2 kW급 고출력 광섬유 증폭기에서 발생한 광섬유 용융 현상을 융착점 냉각 특성에 따라 실험적으로 분석한 결과를 소개한다. 레이저 출력에 따른 펌프 광 결합기와 주증폭기 이득 광섬유 사이의 융착점 온도를 레이저 출력에 따라 측정하였다. 융착점 온도는 레이저 출력 1.2 kW까지는 20°C에서 32°C까지 온도 상승 기울기 0.01°C/W로 증가율이 작았으나 1.2 kW 이후부터 온도 상승 기울기 0.08°C/W로 융착점 온도가 급격하게 증가하였고 1.96 kW 출력에서 동작 중 광섬유 용융 현상에 의해 광섬유 증폭기가 손상되었다. 손상된 펌프 광 결합기의 전송 광섬유 코어에는 광섬유 용융의 전형적인 탄환모양손상 형상이 나타났다. 이후 수냉식 냉각판을 적용하여 융착점 부위의 냉각 성능을 향상시킨 후 레이저 출력 특성 변화를 조사하였다. 최대 출력 2.05 kW에서 광섬유 융착점 온도는 35.8°C였고 레이저 출력에 따른 온도 상승 기울기는 0.007°C/W로서 급격한 증가 없이 일정하게 유지되었다. 광섬유 증폭기에서 광섬유 용융 현상은 발생하지 않았으며 최대 출력 2.05 kW에서 모드 불안정성 역시 발생하지 않았다. 최대 출력 2.05 kW까지 빔 프로파일은 안정적인 가우시안 형태였으며 빔 품질 1.3 이하를 유지하였다.

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    February 2020
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    Acoustic Sensitivity Analysis of a Ring-type Probe Based on a Fiber-optic Sagnac Interferometric Sensor

    광섬유 사냑 간섭형 센서에 기반한 링형 탐촉자의 수중 음향 민감도 해석

    Yeon-Woo Lee, Hyu-Sang Kwon, Il-Bum Kwon

    이연우, 권휴상, 권일범

    To measure underwater acoustics using a fiber-optic Sagnac interferometric sensor, the sensitivities of ring-type probes are investigated by theoretical and experimental studies ...

    광섬유 사냑 간섭형 센서를 이용해 수중 음향을 측정하기 위하여 링형 탐촉자를 적용하는 경우 민감도를 이론과 실험을 통하여 조사한다. 링형 탐촉자는 단일 모드 ...

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    To measure underwater acoustics using a fiber-optic Sagnac interferometric sensor, the sensitivities of ring-type probes are investigated by theoretical and experimental studies. A ring-type probe was fabricated by packaging a single-mode fiber wound around an acrylate cylinder of diameter 5 cm with epoxy bond. The probes were prepared as A-type, which was packaged with 46.84 m of sensing optical fiber, and B-type, which was packaged with 112.22 m of sensing fiber. The underwater acoustic test was performed at frequencies of 50, 70, and 90 kHz, and over a range of acoustic pressure of 20-100 Pa, to study the sensitivity. A commercial acoustic generator was located 1 m from the acoustic sensor, such as the ring-type probe or a commercial acoustic sensor. From the experimental test, the acoustic sensitivity of the ring-type probe had different values due to acoustic frequencies, unlike the theoretical prediction. Therefore, the experimental sensitivities were averaged for comparison to the theoretical values. These averaged sensitivities are 25.48 × 10-5 rad/Pa for the A-type probe and 60.79 × 10-5 rad/Pa for the B-type probe. The correction coefficient of Young’s modulus c was determined to be 0.35.


    광섬유 사냑 간섭형 센서를 이용해 수중 음향을 측정하기 위하여 링형 탐촉자를 적용하는 경우 민감도를 이론과 실험을 통하여 조사한다. 링형 탐촉자는 단일 모드 광섬유를 지름 5 cm의 링형으로 감아서 접착제로 패키징하였다. 링형 탐촉자는 감지 광섬유의 길이를 46.84 m로 하여 제작한 A형 탐촉자와 감지 광섬유의 길이를 112.22 m로 한 B형 탐촉자를 준비하였다. 수중 음향 시험은 상용 음향 발생기와 1 m 떨어진 거리에서 링형 탐촉자를 사용하여 50, 70, 90 kHz의 주파수에 대하여 20~100 Pa의 음향 압력 범위에서 음향 민감도를 조사하는 실험을 수행하였다. 실험 결과, 링형 탐촉자는 주파수에 대하여 다른 민감도를 나타내었으며, 이론과 비교하기 위하여 평균값을 구하였다. 세 주파수에 대한 평균 민감도는 A 탐촉자와 B 탐촉자에 대하여 각각 25.48 × 10-5, 60.79 × 10-5 rad/Pa으로 측정되었으며, 이로부터 영률 보정 계수 c값을 0.35로 결정할 수 있었다.

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    February 2020
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    Aberration Correction of an Off-axial-field Two-mirror System Using a Decentered Aperture

    비축시야 2반사광학계에서 조리개의 편심을 이용한 수차보정

    Jong-Ung Lee

    이종웅

    To design a wide-field two-mirror system, the system must feature an off-axial field, to avoid ray obstruction and field screening by the ...

    넓은 시야를 가지는 2반사광학계를 설계하기 위하여서는 제2거울에 의한 광선의 차폐와 시야 가림이 없도록 비축시야를 사용하여야 한다. 그러나 이러한 2반사경계에서는 설계변수가 적어 비축수차를 ...

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    To design a wide-field two-mirror system, the system must feature an off-axial field, to avoid ray obstruction and field screening by the secondary mirror. The off-axial aberrations of the system cannot be corrected sufficiently, though, because there are only a few design parameters. The present study designs an improved off-axial-field two-mirror system using a decentered aperture stop.


    넓은 시야를 가지는 2반사광학계를 설계하기 위하여서는 제2거울에 의한 광선의 차폐와 시야 가림이 없도록 비축시야를 사용하여야 한다. 그러나 이러한 2반사경계에서는 설계변수가 적어 비축수차를 충분하게 보정할 수 없었다. 이 연구에서는 조리개를 편심시켜 보다 성능이 개선된 비축시야 2반사광학계를 설계하였다.

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    February 2020
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    Study of the Parallax Error of a Robotic Camera for Obtaining Ultrahigh-resolution Gigapixel Digital Images

    초고해상도의 기가픽셀 디지털이미지 획득을 위한 로봇 카메라의 시차연구

    Cheon-Seog Rim

    임천석

    First, if we want to design and construct a robotic camera, we need to understand the parallax errors between adjacent images, caused ...

    로봇 카메라를 이해하고 제작하기 위해서는 로봇 카메라의 회전이나 공간 이동에 의해 발생하는 인접 이미지 간의 영상 왜곡에 대한 이해가 우선적으로 진행되어야 한다 ...

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    First, if we want to design and construct a robotic camera, we need to understand the parallax errors between adjacent images, caused by rotation and movement of the robotic camera system. In this paper, we try to derive the mathematical formulation of parallax error and connect it to a conventional lens system, to obtain a useful, generalized, analytic algebraic expression for the parallax error. Utilizing this expression, we can structurally design a robotic camera, and study the Google ART camera as an example of a robotic camera.


    로봇 카메라를 이해하고 제작하기 위해서는 로봇 카메라의 회전이나 공간 이동에 의해 발생하는 인접 이미지 간의 영상 왜곡에 대한 이해가 우선적으로 진행되어야 한다. 본 논문에서는 영상 왜곡에 관한 수학적인 해석과 이 수학적인 해석을 렌즈 시스템과 연결하여 일반화하고 결국 로봇 카메라에서 일어나는 영상의 왜곡인 parallax 오차에 대한 유용한 해석 방정식을 얻었다. 이 방정식으로부터 로봇 카메라의 구조설계가 가능하게 되고 한 예로서 기존 구글의 ART 로봇 카메라에 대한 분석과 이해가 확장될 수 있었다.

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    February 2020
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    Band-switchable Terahertz Metamaterial Based on an Etched VO2 Thin Film

    식각된 VO2 박막을 이용한 밴드-전환형 테라헤르츠파 메타물질

    Han-Cheol Ryu

    류한철

    We propose a band-switchable terahertz metamaterial based on an etched vanadium dioxide (VO2) thin film. A line of etched VO2 thin film ...

    본 논문에서는 온도 변화에 따라 절연체-금속 상전이 특성을 보이는 이산화바나듐(VO2)를 식각한 도선과 금속 도선을 조합한 밴드-전환형 테라헤르츠 메타물질을 제시하였다. 갭을 ...

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    We propose a band-switchable terahertz metamaterial based on an etched vanadium dioxide (VO2) thin film. A line of etched VO2 thin film was placed in the center gap of the split square-loop shape for the tunability of the metamaterial. The resonance frequency of the metamaterial can be switched from the 1.4 THz band to the 0.7 THz band, according to the insulator-metal phase transition in the VO2 thin film. The absolute difference in the transmittance of the metamaterial was 78.5% and 65.8% at 0.7 THz and 1.4 THz respectively, according to the band switching. The differential phase shift was around 90°, and the transmittance was stably maintained between 40% and 60% in the middle band of the two switchable resonance-frequency bands.


    본 논문에서는 온도 변화에 따라 절연체-금속 상전이 특성을 보이는 이산화바나듐(VO2)를 식각한 도선과 금속 도선을 조합한 밴드-전환형 테라헤르츠 메타물질을 제시하였다. 갭을 가지는 금속 사각 구조 가운데 식각된 VO2 도선을 위치시킨 구조와 VO2 상전이 특성을 이용하여 제안된 메타물질의 가변성을 확보하였다. 설계한 VO2 기반 메타물질은 VO2의 절연체-금속 상전이 특성에 따라 공진 주파수가 1.4 THz에서 0.7 THz으로 전환되었다. 이때, 제안한 메타물질의 절대 투과율은 0.7 THz와 1.4 THz에서 각각 78.5%와 65.8%로 높은 변화율을 가지고, 전환이 가능한 두 공진 주파수 중간 대역에서 40%와 60% 사이의 안정적인 투과율을 보이면서 균일하게 90도의 높은 차등 위상 변위 특성을 보였다.

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    February 2020
  • Regular Paper

    Emitter Electrode Design to Optimize the Optical and Electrical Characteristics of Planar Solar Cells

    평판형 태양 전지의 광학 및 전기적 특성 최적화를 위한 에미터 전극 설계 연구

    Sangbok Lee, Yun Seon Do

    이상복, 도윤선

    In this study, we propose a design method to optimize the electro-optical efficiency of a planar solar cell structure by adjusting one-dimensionally ...

    본 연구에서는 기본적인 평면 태양 전지 구조에 1차원 주기를 가지는 에미터 전극 배치를 통해 광학 및 전기적 효율을 최적화하는 설계방법을 제안한다. 에미터 ...

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    In this study, we propose a design method to optimize the electro-optical efficiency of a planar solar cell structure by adjusting one-dimensionally periodic emitter electrodes. Since the aperture ratio of the active layer decreases as the period of the emitter electrode decreases, the amount of light absorption diminishes, affecting the performance of the device. Here we design the optimal structure of the periodic emitter electrode in a simple planar solar cell, by simulation. In terms of optics, we find the condition that shows optical performance similar to that of a reference without the emitter electrode. In addition, the optimized electrode structure is extracted considering both the optical and electrical efficiency. This work will help to increase the utilization of solar cells by suggesting a structure that can most efficiently transfer charge generated by photoelectric conversion to the electrodes.


    본 연구에서는 기본적인 평면 태양 전지 구조에 1차원 주기를 가지는 에미터 전극 배치를 통해 광학 및 전기적 효율을 최적화하는 설계방법을 제안한다. 에미터 전극의 주기가 줄어들면 애퍼처 비율이 감소해 빛 흡수율이 줄어들어 태양 전지 성능 저하에 영향을 끼친다. 본 연구에서는 시뮬레이션을 통해 가장 간단한 평판형 태양 전지 구조 내에서 에미터 전극 배열의 최적안을 제시하였다. 광학적 측면에서 에미터 전극이 없이 광흡수층 전면에서의 광흡수를 하는 레퍼런스 소자와 성능이 유사한 조건을 도출했다. 그리고 광흡수 및 전기적 효율 측면을 모두 고려하여 가장 효과적인 전극 구조를 제안하였다. 본 연구 결과는 광전 변환으로 생성된 전하를 전극으로 가장 효율적으로 전달할 수 있는 구조를 제안함으로써, 대체 에너지원에서 큰 비중을 차지하고 있는 태양 전지의 활용성을 높이는데 기여할 것이다.

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    February 2020