Kim, Gunwoo;Jeong, Weonmu;Park, Jinsoon;Lee, Gwangsu
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2010.06a
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pp.235.2-235.2
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2010
In this study, the wave power resources at the southern sea of Korea were estimated by using the hindcasted wave data of previous researches. The used data were wave heights, periods and directions which were hindcasted around the Korea peninsular from 1979 to 2003. The spatial resolution of the hindcasted data is $1/6^{\circ}$(about 18 km). In winter, the northwest monsoon increase the wave power, while the wave power around Korea peninsular is very small in spring. The maximum value of the annual mean wave power is about 13 kW/m at Gageo-do, Heuksan-do and western region of Jeju-do, while those at the southern sea of Korea is only 4 kW/m, which is relatively small. The wave power at Korean east sea is lower than that of Korean southern sea. We obtained the wave resources information, in a fine grid, at Gageo-do, Heuksan-do, and western sea of Jeju-do, by solving SWAN model with the boundary conditions of hindcasted wave data.
In the past, the use of wave energy has mainly been focused on conversion of large wave energy resources in the far offshore areas. However, with the technological improvement of converting wave energy into electricity, the energy resources at much shallow waters are now considered as a site for possible installation of the devices that obtain energy from the waves. In this respect, the wave energy resources on the east coast of Korea, where the sea is milder than the open ocean, were investigated using the field measurement data obtained at three different locations along the coast. For all the locations, the wave power was greater in winter season, compared to summer season. The estimated wave power varied from 2 to 4.5 kW/m on average, depending on the measurement locations.
In this study, the wave power resources at the three locations [Sokcho, Hupo, and Onsan] on the east coast of Korea were estimated by using the field measurement data and were compared with the results of previous researches. It was found that seasonal variation of the wave power is very significant on the east coast of Korean peninsula. The wave power was the smallest in the summer season at all the locations. At Hupo and Onsan, the highest value of the monthly-averaged wave power was observed in September, probably because the pathways of typhoon in September were close to both locations. At the northest location, Sockcho, in contrast, the monthly highest value of the wave power appeared in January, probably owing to the influence of storm waves driven by Donghae twister. The estimated annual average wave power was 4.5 kW/m at Sokcho, which was about two times larger than those at other two locations. It is noteworthy that this result is completely different from past researches based on wave hindcasting data. In addition, the estimates of wave power by the past researches seemed to be smaller than those of the present study, especially at the northern region of the east coast.
Stimulated polariton scattering (SPS) from the $A_1$ transverse optical (TO) modes of $BaTiO_3$ bulk crystal generating a terahertz (THz) wave with the noncollinear phase-matching (NPM) condition is theoretically investigated. To our best knowledge, this is the first report on THz wave generation from $BaTiO_3$ bulk crystal via SPS. Phase-matching (PM) characteristics in the NPM configuration are analyzed. Effective parametric gain lengths for the Stokes and THz waves in the NPM configuration are calculated. The effective parametric gain coefficient and absorption coefficient of the THz wave in $BaTiO_3$ are theoretically simulated. The THz phonon flux densities generated via SPS in $BaTiO_3$ are theoretically calculated by solving the coupled wave equations under the NPM condition. The PM characteristics and THz-wave parametric gain characteristics in $BaTiO_3$ are compared to those in $MgO:LiNbO_3$. The results of the analysis indicate that $BaTiO_3$ is an attractive optical crystal for efficient THz wave generation via SPS.
We present a theoretical research concerning terahertz (THz) wave generation with $KTiOPO_4$ (KTP) by collinear phase matching (CPM) stimulated polariton scattering (SPS). Both CPM and corresponding nonzero nonlinear coefficients can be simultaneously realized with $s{\rightarrow}f+f$ in yz plane, $s{\rightarrow}f+s$ with ${\theta}$ < ${\Omega}$ in xz plane and $s{\rightarrow}f+f$ with ${\theta}$ < ${\Omega}$ in xz plane. The effective nonlinear coefficients including electronic nonlinearities and ionic nonlinearities are calculated. Based on the parameter values of refractive indices, absorption coefficients and effective nonlinear coefficients, we simulate THz wave intensities generated with CPM SPS by solving coupled wave equations and give the relationship among the maximum THz wave intensity, optimal crystal length and the angle ${\theta}$. The calculation results demonstrate that CPM SPS with KTP can generate THz waves with high intensities and quantum conversion efficiencies.
Terahertz (THz) wave generation by periodically poled $BaTiO_3$ (PPBT) with a quasi-phase-matching (QPM) scheme based on cascaded difference-frequency generation (DFG) is theoretically analyzed. The cascaded DFG processes comprise cascaded Stokes and anti-Stokes processes. The calculated results indicate that the cascaded Stokes processes are stronger than the cascaded anti-Stokes processes. Compared to a noncascaded Stokes process, THz intensities from $20^{th}$-order cascaded Stokes processes increase by a factor of 30. THz waves with a maximum intensity of $0.37MW/mm^2$ can be generated by $20^{th}$-order cascaded DFG processes when the optical intensity is $10MW/mm^2$, corresponding to a quantum conversion efficiency of 1033%. The high quantum conversion efficiency of 1033% exceeds the Manley-Rowe limit, which indicates that PPBT is an excellent crystal for THz wave generation via cascaded DFG.
Stimulated polariton scattering from the $B_1$-symmetry modes of a $KNbO_3$ crystal to generate a terahertz wave (THz-wave) with a noncollinear phase-matching scheme is investigated. The frequency-tuning characteristics of the THz-wave by varying the phase-matching angle and pump wavelength are analyzed. The expression for the effective parametric gain length under the noncollinear phase-matching condition is deduced. Parametric gain and absorption characteristics of the THz-wave in $KNbO_3$ are theoretically simulated. The characteristics of $KNbO_3$ for a terahertz parametric oscillator (TPO) are compared to those of $MgO:LiNbO_3$. The analysis indicates that $KNbO_3$ is an excellent optical crystal for a TPO, to enhance the THz-wave output.
Frequency tuning characteristics of a THz-wave by varying phase-matching angle and pump wavelength in a noncollinear phase-matching THz-wave parametric oscillator (TPO) are analyzed. A novel scheme to realize the tuning of a THz-wave by moving the cavity mirror forwards and backwards is proposed in a noncollinear phase-matching TPO. The parametric gain coefficients of the THz-wave in a $LiNbO_3$ crystal are explored under different working temperatures. The relationship between the poling period of periodically poled $LiNbO_3$ (PPLN) and the THz-wave frequency under the condition of a quasi-phase-matching configuration is deduced. Such analyses have an impact on the experiments of the TPO.
The present work investigates the wave generation and propagation in a 2-D wave flume to assess the effect of wave reflection for varying beach slopes by using a numerical tool based on computational fluid dynamics. At first, a numerical wave flume (NWF) is created with different mesh sizes to select the optimum mesh size for time efficient simulation. In addition, different beach slope conditions are introduced such as 1:3, 1:5 and numerical beach at the far end of the NWF to optimize the wave reflection solutions. In addition, several parameters are analysed in order to optimize the solutions. The developed numerical model and its key findings are compared with analytical and experimental surface elevation results and it reveals a good correlation. Finally, the recommended numerical solutions are validated with the experimental findings.
Terahertz (THz) wave generation from bulk and periodically poled $LiTaO_3$ (PPLT) with a Cherenkov phase matching scheme is numerically investigated. It is shown that by using the crystal birefringence of bulk $LiTaO_3$ and a grating vector of PPLT, THz waves can be efficiently generated by difference frequency generation (DFG) with a Cherenkov phase matching scheme. The frequency tuning characteristics of the THz wave via varying wavelength of difference frequency waves, phase matching angle, poling period of PPLT and working temperature are theoretically analyzed. The parametric gain coefficient in the low-loss limit and the absorption coefficient of the THz wave during the DFG process in the vicinity of polariton resonances are numerically analyzed. A THz wave can be efficiently generated by utilizing the giant second order nonlinearities of $LiTaO_3$ in the vicinity of polariton resonances.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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