To account for the internal thermal effects of solid-state lasers, a method using a back propagation (BP) neural network integrated with a particle swarm optimization (PSO) algorithm is developed, which is a new wavefront distortion correction technique. In particular, by using a slab laser model, a series of fiber pumped sources are employed to form a controlled array to pump the gain medium, allowing the internal temperature field of the gain medium to be designed by altering the power of each pump source. Furthermore, the BP artificial neural network is employed to construct a nonlinear mapping relationship between the power matrix of the pump array and the thermally induced wavefront aberration. Lastly, the suppression of thermally induced wavefront distortion can be achieved by changing the power matrix of the pump array and obtaining the optimal pump light intensity distribution combined using the PSO algorithm. The minimal beam quality β can be obtained by optimally distributing the pumping light. Compared with the method of designing uniform pumping light into the gain medium, the theoretically computed single pass beam quality β value is optimized from 5.34 to 1.28. In this numerical analysis, experiments are conducted to validate the relationship between the thermally generated wavefront and certain pumping light distributions.
The optimization of a transmission type bremsstrahlung conversion target was carried out with Monte Carlo code FLUKA for intense pulsed electron beams with electron energy of several hundred keV for maximum photon fluence. The photon emission intensity from electrons with energy ranging from 300 keV to 1 MeV on tungsten, tantalum and molybdenum targets was calculated with varied target thicknesses. The research revealed that higher target material element number and electron energy leads to increased photon fluence. For a certain target material, the target thickness with maximum photon emission fluence exhibits a linear relationship with the electron energy. With certain electron energy and target material, the thickness of the target plays a dominant role in increasing the transmission photon intensity, with small target thickness the photon flux is largely restricted by low energy loss of electrons for photon generation while thick targets may impose extra absorption for the generated photons. The spatial distribution of bremsstrahlung photon density was analyzed and the optimal target thicknesses for maximum bremsstrahlung photon fluence were derived versus electron energy on three target materials for a quick determination of optimal target design.
IMRT optimization method on multiple slice has been developed by using gradient based algorithm. On about 10-30 CT slices including treatment region of a patient, dose optimization has been performed slice by slice to meet the condition that each organ should be exposed below maximum tolerable doses and that the tumor dose within the range of 100$\pm$5 %. Field size was limited to 8$\times$8 cm$^2$ and in this condition, beam divergence was not taken into account to calculate dose distribution. Total dose distribution was calculated by superposing each beamlet whose dose distribution had been precalculated. In order to investigate beam number dependency, dose optimization was performed for one, three, five, seven, and nine coplanar beams and then each optimization index was evaluated. It is found that optimization time was proportional to number of slices to be optimized, and the most efficient plan was obtained from the case of three-to-seven incident beams with respect to calculation time and optimization index. In conclusion, dose optimization of multiple slice was able to be obtained by repeating dose optimization of single slice under condition that the beam size is not too large to ignore beam divergence. And it turns out that result of dose optimization was so sensitive to the position of isocenter that some method to optimize isocenter position is needed to improve it.
Xie, Shilin;Or, Siu Wing;Chan, Helen Lai Wa;Choy, Ping Kong;Liu, Peter Chou Kee
Structural Engineering and Mechanics
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v.28
no.6
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pp.677-694
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2008
A vibration power minimization model is developed, based on the mobility matrix method, for a vibration isolation system consisting of a vibrating source placed on an elastic support structure through multiple resilient mounts. This model is applied to investigate the design optimization of an X-Y motion stage-based vibration isolation system used in semiconductor wire-bonding equipment. By varying the stiffness coefficients of the resilient mounts while constraining the dynamic displacement amplitudes of the X-Y motion stage, the total power flow from the X-Y motion stage (the vibrating source) to the equipment table (the elastic support structure) is minimized at each frequency interval in the concerned frequency range for different stiffnesses of the equipment table. The results show that when the equipment table is relatively flexible, the optimal design based on the proposed vibration power inimization model gives significantly little power flow than that obtained using a conventional vibration force minimization model at some critical frequencies. When the equipment table is rigid enough, both models provide almost the same predictions on the total power flow.
This paper presents a theoretical method to deal with the aerodynamic performance and pitch optimization of the horizontal axis wind turbine blades at low wind speeds. By considering a blade element, the functional relationship among the angle of attack, pitch angle, rotational speed of the blade, and wind speed is derived in consideration of a quasi-steady aerodynamic model, and aerodynamic loads on the blade element are then obtained. The torque and torque coefficient of the blade are derived by using integration. A polynomial approximation is applied to functions of the lift and drag coefficients for the symmetric and asymmetric airfoils respectively, where specific expressions of aerodynamic loads as functions of the angle of attack (which is a function of pitch angle) are obtained. The pitch optimization problem is investigated by considering the maximum value problem of the instantaneous torque of a blade as a function of pitch angle. Dynamic pitch laws for HAWT blades with either symmetric or asymmetric airfoils are derived. Influences of parameters including inflow ratio, rotational speed, azimuth, and wind speed on torque coefficient and optimal pith angle are discussed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.2
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pp.109-117
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2004
Optimization has been successfully applied to systems with a single discipline. As many disciplines are involved in coupled fashion, MDO (multidisciplinary design optimization) technology has been developed. MDO algorithms are trying to solve the coupled aspects generated from interdisciplinary relationship. In a general MDO algorithms, a large design problem is decomposed into small ones which can be easily solved. Although various methods have been proposed for MDO, the research is still in the early stage. This research proposes a new MDO method which is named as MDOIS (Multidisciplinary Design Optimization Based on Independent Subspaces). Many real engineering problems consist of physically separate components and they can be independently designed. The inter-relationship occurs through coupled physics. MDOIS is developed for such problems. In MDOIS, a large system is decomposed into small subsystems. The coupled aspects are solved via system analysis which solves the coupled physics. The algorithm is mathematically validated by showing that the solution satisfies the Karush-Kuhn-Tucker condition.
A new hybrid meta-heuristic optimization algorithm is presented for design of structures. The algorithm is based on the concepts of the charged system search (CSS) and the particle swarm optimization (PSO) algorithms. The CSS is inspired by the Coulomb and Gauss's laws of electrostatics in physics, the governing laws of motion from the Newtonian mechanics, and the PSO is based on the swarm intelligence and utilizes the information of the best fitness historically achieved by the particles (local best) and by the best among all the particles (global best). In the new hybrid algorithm, each agent is affected by local and global best positions stored in the charged memory considering the governing laws of electrical physics. Three different types of structures are optimized as the numerical examples with the new algorithm. Comparison of the results of the hybrid algorithm with those of other meta-heuristic algorithms proves the robustness of the new algorithm.
The paper presents the main results of computational and experimental optimization of the automatic power control system (AC) of the IBR-2M pulsed reactor in the presence of a high level of oscillatory instability. Optimization of the parameters of the AC made it possible to significantly reduce the influence of random and deterministic oscillations of reactivity on the noise of the pulse energy, as well as to sharply reduce the manifestation of the oscillatory instability of the reactor. As a result, the safety and reliability of operation of the reactor has increased substantially.
We propose a diode-pumped cesium laser using frequency locking of a pump laser that can effectively increase the maximum output power of the cesium laser. We simultaneously monitored the absorption spectrum of cesium and the laser output power, and the frequency of pump laser was locked at the center of the $D_2$ absorption line of the cesium atom to obtain an effective gain enhancement. Using this scheme, we have achieved output power increase of ~0.1 W compared to when frequency locking was not applied. Furthermore, by optimizing the temperature of the cesium cell and the reflectivity of the output coupler, we successfully achieved an output power of 1.4 W using the pump power of 2.9 W, providing a slope efficiency of 61.5% and optical-to-optical efficiency of 49%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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