Lee, Jun Ho;Shin, Sunmy;Park, Gyu Nam;Rhee, Hyug-Gyo;Yang, Ho-Soon
Current Optics and Photonics
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v.1
no.2
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pp.107-112
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2017
An adaptive optics system can be simulated or analyzed to predict its closed-loop performance. However, this type of prediction based on various assumptions can occasionally produce outcomes which are far from actual experience. Thus, every adaptive optics system is desired to be tested in a closed loop on an optical test bench before its application to a telescope. In the close-loop test bench, we need an atmospheric simulator that simulates atmospheric disturbances, mostly in phase, in terms of spatial and temporal behavior. We report the development of an atmospheric turbulence simulator consisting of two point sources, a commercially available deformable mirror with a $12{\times}12$ actuator array, and two random phase plates. The simulator generates an atmospherically distorted single or binary star with varying stellar magnitudes and angular separations. We conduct a simulation of a binary star by optically combining two point sources mounted on independent precision stages. The light intensity of each source (an LED with a pin hole) is adjustable to the corresponding stellar magnitude, while its angular separation is precisely adjusted by moving the corresponding stage. First, the atmospheric phase disturbance at a single instance, i.e., a phase screen, is generated via a computer simulation based on the thin-layer Kolmogorov atmospheric model and its temporal evolution is predicted based on the frozen flow hypothesis. The deformable mirror is then continuously best-fitted to the time-sequenced phase screens based on the least square method. Similarly, we also implement another simulation by rotating two random phase plates which were manufactured to have atmospheric-disturbance-like residual aberrations. This later method is limited in its ability to simulate atmospheric disturbances, but it is easy and inexpensive to implement. With these two methods, individually or in unison, we can simulate typical atmospheric disturbances observed at the Bohyun Observatory in South Korea, which corresponds to an area from 7 to 15 cm with regard to the Fried parameter at a telescope pupil plane of 500 nm.
A new set of basis functions was constructed using the Rossby-Haurwitz waves, which are the eigenfunctions of nondivergent barotropic vorticity equations on the sphere. The basis functions were designed to be non-separable, that is, not factored into functions of either the longitude or the latitude. Due to this property, the nodal lines of the functions are aligned neither along with the meridian nor the parallel. The basis functions can be categorized into groups of which members have the same degree or the total wavenumber-like index on the sphere. The orthonormality of the basis functions were found to be close to the machine roundoffs, giving the error of $O(10^{-15})$ or $O(10^{-16})$ for double-precision computation (64 bit arithmetic). It was demonstrated through time-stepping procedure that the basis functions were also the eigenfunctions of the non-divergent barotropic vorticity equations. The projection of the basis functions was carried out onto the low-resolution geopotential field of Gaussian bell, and compared with the theory. The same projections were performed for the observed atmospheric-geopotential height field of 500 hPa surface to demonstrate decomposition into the fields that contain disturbance of certain range of horizontal scales. The usefulness of the new basis functions was thus addressed for application to the eigenmode analysis of the atmospheric motions on the global domain.
The bogussing method was further developed by incorporating the asymmetric component into the symmetric bogus tropical cyclone of the Structure Adjustable Balanced Vortex (SABV). The asymmetric component is separated from the disturbance field associated with the tropical cyclone by establishing local polar coordinates whose center is the location of the tropical cyclone. The relative importance of wave components in azimuthal direction was evaluated, and only two or three wave components with large amplitude are added to the symmetric components. Using the Weather Research and Forecast model (WRF), initialized with the asymmetric bogus vortex, the track and central pressure of tropical cyclones were predicted. Nine tropical cyclones, which passed over Korean peninsula during 2010~2012 were selected to assess the effect of asymmetric components. Compared to the symmetric bogus tropical cyclone, the track forecast error was reduced by about 18.9% and 17.4% for 48 hours and 72 hours forecast, while the central pressure error was not improved significantly. The results suggest that the inclusion of asymmetric component is necessary to improve the track forecast of tropical cyclones.
Ji Yong Joo;Hyeon Seung Ha;Jun Ho Lee;Do Hwan Jung;Young Soo Kim;Timothy Butterley
Current Optics and Photonics
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v.8
no.1
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pp.30-37
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2024
Implemented at the Geochang Observatory in South Korea, our slope detection and ranging (SLO-DAR) system features a 508 mm Cassegrain telescope (f /7.8), incorporating two Shack-Hartmann wave-front sensors (WFS) for precise measurements of atmospheric phase distortions, particularly from nearby binary or double stars, utilizing an 8 × 8 grid of sampling points. With an ability to reconstruct eight-layer vertical atmospheric profiles, the system quantifies the refractive index structure function (Cn2) through the crossed-beam method. Adaptable in vertical profiling altitude, ranging from a few hundred meters to several kilometers, contingent on the separation angle of binary stars, the system operates in both wide (2.5 to 12.5 arcminute separation angle) and narrow modes (11 to 15 arcsecond separation angle), covering altitudes from 122.3 to 611.5 meters and 6.1 to 8.3 kilometers, respectively. Initial measurements at the Geochang Observatory indicated Cn2 values up to 181.7 meters with a Fried parameter (r0) of 8.4 centimeters in wide mode and up to 7.8 kilometers with an r0 of 8.0 centimeters in narrow mode, suggesting similar seeing conditions to the Bohyun Observatory and aligning with a comparable 2014-2015 seeing profiling campaign in South Korea.
Han, Seok Gi;Joo, Ji Yong;Lee, Jun Ho;Park, Sang Yeong;Kim, Young Soo;Jung, Yong Suk;Jung, Do Hwan;Huh, Joon;Lee, Kihun
Korean Journal of Optics and Photonics
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v.33
no.4
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pp.167-176
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2022
Adaptive optics (AO) systems compensate for atmospheric disturbance, especially phase distortion, by introducing counter-wavefront deformation calculated from real-time wavefront sensing or prediction. Because AO system implementations are time-consuming and costly, it is highly desirable to estimate the system's performance during the development of the AO system or its parts. Among several techniques, we mostly apply statistical analysis, computational simulation, and optical-bench tests. Statistical analysis estimates performance based on the sum of performance variances due to all design parameters, but ignores any correlation between them. Computational simulation models every part of an adaptive optics system, including atmospheric disturbance and a closed loop between wavefront sensor and deformable mirror, as close as possible to reality, but there are still some differences between simulation models and reality. The optical-bench test implements an almost identical AO system on an optical bench, to confirm the predictions of the previous methods. We are currently developing an AO system for a 1.6-m ground telescope using a deformable mirror that was recently developed in South Korea. This paper reports the results of the statistical analysis and computer simulation for the system's design and confirmation. For the analysis, we apply the Strehl ratio as the performance criterion, and the median seeing conditions at the Bohyun observatory in Korea. The statistical analysis predicts a Strehl ratio of 0.31. The simulation method similarly reports a slightly larger value of 0.32. During the study, the simulation method exhibits run-to-run variation due to the random nature of atmospheric disturbance, which converges when the simulation time is longer than 0.9 seconds, i.e., approximately 240 times the critical time constant of the applied atmospheric disturbance.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.15
no.4
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pp.463-473
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1999
The main purpose of this study is to investigate the characteristics of precharge electro-cyclone compared to those of innercharge electro-cyclone, experimentally. Especially, the experiment is executed focusing on the improvement of collection efficiency with the charging types including the experimental parameters such as the discharge electrode shapes, applied voltages and gas inlet velocities. Results show that the overall collection efficiency of precharge electro-cyclone is increased over 20% than that of the innercharge type for the same discharge electrode(ø 4 mm, screw rod) in the inlet velocity of 4 m/s, and applied voltage of 30kV. Moreover, the pressure drop of precharge type becomes 10% lower than that of the innercharge type for the inlet velocity of 12 m/s owing to the disturbance of inner vortex flow by the discharge electrode equipped in the center region of cyclone body.
As a part of the construction of Korean Space Weather Prediction Center (K-SWPC), Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) installed a Scintillation Monitor (SCINTMON) and an All-Sky Camera to observe upper atmospheric/ionospheric phenomena. The SCINTMON is installed in KASI building in Daejeon in cooperation with Cornell university and is monitoring the ionospheric scintillations on GPS L-band signals. All-Sky Camera is installed at Mt. Bohyun in Youngcheon in cooperation with Korea Polar Research Institute. It is used to take the photograph for upper atmospheric layer through appropriate filters with specific airglow or auroral emission wavelengths and to observe upper atmospheric disturbance, propagation of gravity wave and aurora. The integrated data from the instruments including SCINTMON and All-Sky Camera will be used for giving nowcast on the space weather and making confidential forecast based on some space weather prediction models.
Kim, Hyunsu;Kim, Yoo-Keun;Woo, Seung-Buhm;Kim, Myung-Seok
Journal of Environmental Science International
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v.23
no.12
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pp.1999-2014
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2014
A meteo-tsunami occurred along the coastline of South Korea on 31 March 2007, with an estimated maximum amplitude of 240 cm in Yeonggwang (YG). In this study, we investigated the synoptic weather systems around the Yellow sea including the Bohai Bay and Shandong Peninsula using a weather research and forecast model and weather charts of the surface pressure level, upper pressure level and auxiliary analysis. We found that 4-lows passed through the Yellow sea from the Shandung Peninsula to Korea during 5 days. Moreover, the passage of the cold front and the locally heavy rain with a sudden pressure change may make the resonance response in the near-shore and ocean with a regular time-lag. The sea-level pressure disturbance and absolute vorticity in 500 hPa projected over the Yellow sea was propagated with a similar velocity to the coastline of South Korea at the time that meteo-tsunami occurred.
Both the propagation velocity and the direction of atmospheric waves are important factors for analyzing and forecasting meteo-tsunami. In this study, a total of 14 events of meteo-tsunami over 11 years (2006-2016) are selected through analyzing sea-level data observed from tidal stations along the west coast of the Korean peninsula. The propagation velocity and direction are calculated by tracing the atmospheric disturbance of each meteo-tsunami event predicted by the WRF model. Then, the Froude number is calculated using the propagation velocity of atmospheric waves and oceanic long waves from bathymetry data. To derive the critical condition for the occurrence of meteo-tsunami, supervised learning using a logistic regression algorithm is conducted. It is concluded that the threshold distance of meteo-tsunami occurrence, from a propagation direction, can be calculated by the amplitude of air-pressure tendency and the resonance factor, which are found using the Froude number. According to the critical condition, the distance increases logarithmically with the ratio of the amplitude of air-pressure tendency and the square of the resonance factor, and meteo-tsunami do not occur when the ratio is less than 5.11 hPa/10 min.
Aspheric pick-up lenses are increasingly used in consumer products such as computer and multimedia, as their mass production has become possible owing to the injection molding process. However still much work needs to be done for more effective manufacture of aspheric lenses, one area of which is the in-line inspection of produced lenses. In this paper, we present a lateral-shearing interferometer that has specially been designed to have a high immunity to external vibration and atmospheric disturbance. The interferometer comprises four prisms. They are directly attached to each other using an immersion oil so that relative sliding motions between the prisms are allowed. Their relative displacement can readily generate necessary lateral-shearing and phase-shifting to determine the wavefront of the beam collimated by the lens under inspection. A special phase-measuring algorithm of arbitrary-bucket is adopted to compensate the phase-shifting error caused by the thickness reduction in the immersion oil. Zernike polynomial fitting has done for determinating quantitative aberration of aspheric pick-up lenses. The interferometer built in this work is robust to external mechanical vibration and atmospheric disturbance so that experimental results show that it has a repeatability of less than λ/100.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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