In this paper, a frame synchronization structure for the Binary Phase Shift Keying (BPSK) modulation method in underwater acoustic communication was proposed. The proposed frame synchronization structure is largely divided into two. First, the approximate position and frequency offset of the frame are obtained by non-coherent correlation and sliding Fast Fourier Transform (FFT) method. Second, after compensating for the frequency error to the received signal, the exact position of the frame is obtained by coherent correlation method. Maritime experiments were conducted to confirm the performance of the 2-STEP frame synchronization structure. It was showed that the limitations of the non-coherent correlation and sliding FFT method can be verified when the power of the received signal was greatly reduced due to the channel characteristics. As a result, stable frame synchronization could be obtained by compensating for the frequency error and then using the coherent correlation method.
Lasers for optical broadband communication systems should have excellent frequency selectivity and modal stability. DFB lasers have low lasing frequency shift during high speed current modulation. In this paper, we have developed a simulation software and analysed beam profiles of a lasing mode in longitudinal direction of an 1.55um DFB laser with two mirrors and without anti-reflection coatings, that have both an index- and gain-gratings. As the phases of the index and gain gratings on the mirror faces are varied, the beam profiles |R(z)| and |S(z)| of the lasing mode with the emitted power ratio Pl/pr are analysed and examined. In order to reduce the threshold current of a lasing mode and enhance the frequency stability, κL should be greater than 8, regardless of the grating phases on the mirror faces.
Lead-free perovskite ceramics, which have excellent energy storage capabilities, are attracting attention owing to their high power density and rapid charge-discharge speed. Given that the energy-storage properties of perovskite ceramic capacitors are significantly improved by doping with various elements, modifying their chemical compositions is a fundamental strategy. This study investigated the effect of Zn doping on the microstructure and energy storage performance of potassium sodium niobate (KNN)-based ceramics. Two types of powders and their corresponding ceramics with compositions of (1-x)(K,Na)NbO3-xBi(Ni2/3Ta1/3)O3 (KNN-BNT) and (1-x)(K,Na)NbO3-xBi(Ni1/3Zn1/3Ta1/3)O3 (KNN-BNZT) were prepared via solid-state reactions. The results indicate that Zn doping retards grain growth, resulting in smaller grain sizes in Zn-doped KNN-BNZT than in KNN-BNT ceramics. Moreover, the Zn-doped KNN-BNZT ceramics exhibited superior energy storage density and efficiency across all x values. Notably, 0.9KNN-0.1BNZT ceramics demonstrate an energy storage density and efficiency of 0.24 J/cm3 and 96%, respectively. These ceramics also exhibited excellent temperature and frequency stability. This study provides valuable insights into the design of KNN-based ceramic capacitors with enhanced energy storage capabilities through doping strategies.
Won Bae Cho;Ji Eun Bae;Seong Cheol Lee;Nosoung Myoung;Fabian Rotermund
Current Optics and Photonics
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v.7
no.6
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pp.738-744
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2023
Graphene-based saturable absorbers (SAs) are widely used as laser mode-lockers at various laser oscillators. In particular, transmission-type graphene-SAs with ultrabroad spectral coverage are typically manufactured on transparent substrates with low nonlinearity to minimize the effects on the oscillators. Here, we developed two types of transmitting graphene SAs based on CaF2 and ZnSe. Using the graphene-SA based on CaF2, a passively mode-locked mid-infrared Cr:ZnS laser delivers relatively long 540 fs pulses with a maximum output power of up to 760 mW. In the negative net cavity dispersion regime, the pulse width was not reduced further by inhomogeneous group delay dispersion (GDD) compensation. In the same laser cavity, we replaced only the graphene-SA based on CaF2 with the SA based on ZnSe. Due to the additional self-phase modulation effect induced by the ZnSe substrate with high nonlinearity, the stably mode-locked Cr:ZnS laser produced Fourier transform-limited ~130 fs near 2,340 nm. In the stable single-pulse operation regime, average output powers up to 635 mW at 234 MHz repetition rates were achieved. To our knowledge, this is the first attempt to achieve shorter pulse widths from a polycrystalline Cr:ZnS laser by utilizing the graphene deposited on the substrate with high nonlinearity.
This paper demonstrates the digital communication in air using the parametric array. The stepped-plate transducer which is suitable for high-power and high-efficient radiation is used to generate the difference frequency wave with the parametric array. The primary frequencies are selected to 83 kHz and 122 kHz and the resulting difference frequency wave at the frequency of 39 kHz is used for the communication. The modulation method is selected to On-Off Keying method. The waveform and signal-to-noise ratio (SNR) is measured and analyzed to see the characteristics of the digital communication using the parametric array. The proper distance for the communication using parametric array is about 3 m. The measured beam width of the 3dB SNR reduction was $14^{\circ}$. The possibility of the communication in air using the parametric array is confirmed and the high directional characteristic of the communication using the parametric array is expected to have the advantages for the multi path and the security problems.
In this study, we demonstrate compact mode-locked laser operations using three different kinds of Yb3+-doped potassium double tungstate laser crystals, Yb:KGdW, Yb:KYW and Yb:KLuW, operating near 1040 nm at a repetition rate of 405 MHz. We utilized a semiconductor saturable absorber mirror as a mode locker, successfully maintaining mode-locked states for several hours without any Q-switching instabilities for all types of laser crystals. Notably, the Yb:KGdW mode-locked laser produces the shortest pulse with a duration of 108 fs, delivering 125 mW of output power. Additionally, we conducted a numerical analysis by solving the Haus master equation, which incorporates the effect of group delay dispersion and self-phase modulation, using the standard split-step Fourier method.
in this study, we developed a Monte Carlo imaging simulation code written by the visual C$\^$++/ programing language for design optimization of a digital X-ray imaging system. As a digital X-ray imaging system, we considered a Gd$_2$O$_2$S(Tb) scintillator and a photosensor array, and included a 2D parallel grid to simulate general test renditions. The interactions between X-ray beams and the system structure, the behavior of lights generated in the scintillator, and their collection in the photosensor array were simulated by using the Monte Carlo method. The scintillator thickness and the photosensor array pitch were assumed to 66$\mu\textrm{m}$ and 48$\mu\textrm{m}$, respertively, and the pixel format was set to 256 x 256. Using the code, we obtained X-ray images under various simulation conditions, and evaluated their image qualities through the calculations of SNR (signal-to-noise ratio), MTF (modulation transfer function), NPS (noise power spectrum), DQE (detective quantum efficiency). The image simulation code developed in this study can be applied effectively for a variety of digital X-ray imaging systems for their design optimization on various design parameters.
With recent advancement of the medical imaging systems and picture archiving and communication system (PACS), installation of digital radiography has been accelerated over past few years. Moreover, Computed Radiography (CR) which was well established for the foundation of digital x-ray imaging systems at low cost was widely used for clinical applications. This study analyzes imaging characteristics for two systems with different pixel sizes through the Modulation Transfer Function (MTF), Noise Power Spectrum (NPS) and Detective Quantum Efficiency (DQE). In addition, influence of radiation dose to the imaging characteristics was also measured by quantitative assessment. A standard beam quality RQA5 based on an international electro-technical commission (IEC) standard was used to perform the x-ray imaging studies. For the results, the spatial resolution based on MTF at 10% for Agfa CR system with I.P size of $8{\times}10$ inches and $14{\times}17$ inches was measured as 3.9 cycles/mm and 2.8 cycles/mm, respectively. The spatial resolution based on MTF at 10% for Fuji CR system with I.P size of $8{\times}10$ inches and $14{\times}17$ inches was measured as 3.4 cycles/mm and 3.2 cycles/mm, respectively. There was difference in the spatial resolution for $14{\times}17$ inches, although radiation dose does not effect to the MTF. The NPS of the Agfa CR system shows similar results for different pixel size between $100{\mu}m$ for $8{\times}10$ inch I.P and $150{\mu}m$ for $14{\times}17$ inch I.P. For both systems, the results show better NPS for increased radiation dose due to increasing number of photons. DQE of the Agfa CR system for $8{\times}10$ inch I.P and $14{\times}17$ inch I.P resulted in 11% and 8.8% at 1.5 cycles/mm, respectively. Both systems show that the higher level of radiation dose would lead to the worse DQE efficiency. Measuring DQE for multiple factors of imaging characteristics plays very important role in determining efficiency of equipment and reducing radiation dose for the patients. In conclusion, the results of this study could be used as a baseline to optimize imaging systems and their imaging characteristics by measuring MTF, NPS, and DQE for different level of radiation dose.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.20
no.9
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pp.868-882
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2009
In this paper, channel model and wireless link performance analysis for the short-range wireless communication system applications in the terahertz frequency which is currently interested in many countries will be described. In order to realize high data rates above 10 Gbps, the more wide bandwidths will be required than the currently available bandwidths of millimeter-wave frequencies, therefore, the carrier frequencies will be pushed to THz range to obtain larger bandwidths. From the THz atmospheric propagation characteristics based on ITU-R P.676-7, the available bandwidths were calculated to be 68, 48 and 45 GHz at the center frequencies of 220, 300 and 350 GHz, respectively. With these larger bandwidths, it was shown from the simulation that higher data rate above 10 Gbps can be achieved using lower order modulation schemes which have spectral efficiency of below 1. The indoor propagation delay spread characteristics were analyzed using a simplified PDP model with respect to building materials. The RMS delay spread was calculated to be 9.23 ns in a room size of $6\;m(L){\times}5\;m(W){\times}2.5\;m(H)$ for the concrete plaster with TE polarization, which is a similar result of below 10 ns from the Ray-Tracing simulation in the reference paper. The indoor wireless link performance analysis results showed that receiver sensitivity was $-56{\sim}-46\;dBm$ over bandwidth of $5{\sim}50\;GHz$ and antenna gain was calculated to be $26.6{\sim}31.6\;dBi$ at link distance of 10m under the BPSK modulation scheme. The maximum achievable data rates were estimated to be 30, 16 and 12 Gbps at the carrier frequencies of 220, 300 and 350 GHz, respectively, under the A WGN and LOS conditions, where it was assumed that the output power of the transmitter is -15 dBm and link distance of 1 m with BER of $10^{-12}$. If the output power of transmitter is increased, the more higher data rate can be achieved than the above results.
Ha, Ka-San;Koo, Yong-Seo;Son, Jung-Man;Kwon, Jong-Ki;Jung, Jun-Mo
Journal of IKEEE
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v.12
no.3
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pp.176-183
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2008
The high efficiency power management IC(PMIC) with DTMOS(Dynamic Threshold voltage MOSFET) switching device is proposed in this paper. PMIC is controlled with PWM control method in order to have high power efficiency at high current level. DTMOS with low on-resistance is designed to decrease conduction loss. The control parts in Buck converter, that is, PWM control circuits consist of a saw-tooth generator, a band-gap reference circuit, an error amplifier and a comparator circuit as a block. The Saw-tooth generator is made to have 1.2 MHz oscillation frequency and full range of output swing from ground to supply voltage(VDD:3.3V). The comparator is designed with two stage OP amplifier. And the error amplifier has 70dB DC gain and $64^{\circ}$ phase margin. DC-DC converter, based on Voltage-mode PWM control circuits and low on-resistance switching device, achieved the high efficiency near 95% at 100mA output current. And DC-DC converter is designed with LDO in stand-by mode which fewer than 1mA for high efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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