Surface enhanced Raman scattering (SERS) was first discovered in 1974 by an unexpected Raman signal increase from Pyridine adsorbed on rough Ag electrode surfaces by the M. Fleishmann group. M. Moskovits group suggested that this phenomenon could be caused by surface plasmon resonance (SPR), which is a collective oscillation of free electrons at the surface of metal nanostructures by an external light source. After about 40 years, the SERS study has attracted great attention as a biomolecule analysis technology, and more than 2500 new papers and 500 review papers related to SERS topic have been published each year in recently. The advantages of biomaterials analysis using SERS are as follows; ① Molecular level analysis is possible based on unique fingerprint information of biomolecule, ② There is no photo-bleaching effect of the Raman reporters, allowing long-term monitoring of biomaterials compared to fluorescence microscopy, ③ SERS peak bandwidth is approximately 10 to 100 times narrower than fluorescence emission from organic phosphor or quantum dot, resulting in higher analysis accuracy, ④ Single excitation wavelength allows analysis of various biomaterials, ⑤ By utilizing near-infrared (NIR) SERS-activated nanostructures and NIR excitation lasers, auto-fluorescence noise in the visible wavelength range can be avoided from in vivo experiment and light damage in living cells can be minimized compared to visible lasers, ⑥ The weak Raman signal of the water molecule makes it easy to analyze biomaterials in aqueous solutions. For this reason, SERS is attracting attention as a next-generation non-invasive medical diagnostic device as well as substance analysis. In this review, the principles of SERS and various biomaterial analysis principles using SERS analysis will be introduced through recent research papers.
Active galactic nuclei (AGN) are too compact to be resolved by any existing optical telescope facility, making it difficult to understand their structure and the emission processes responsible for their huge energy output. However, variability, one of their characteristic properties, provides a tool to probe the inner regions of AGN. Blazars are the best candidates for such a study, and hence a considerable amount of effort is being made to investigate variability in these sources across the electromagnetic spectrum. Here, using the Mt. Abu infrared observatory (MIRO) blazar monitoring program, we present intra-night, inter-night, and long term aspects of the variability in S5 0716+71, 3C66A, and OJ 287. These stars show significant variability on short (a few tens of mins, to a few hours, to a few days) to long term (months to years) timescales. Based on the light travel time argument, the shortest variability timescales (micro-variability) provide upper limits to the size of the emission region. While S5 0716 shows a very high duty cycle of variability (> 80 %), 3C66A shows a much lower intra day variability (IDV) duty cycle (< 20 %). All three show rapid variations within 2.5 to 3.5 hr, which, perhaps, are generated near the vicinity of black holes. Assuming this, estimates of the masses of the black holes are made at ~109, 8×108, and 2.7×109 M⨀ for S5 0716+71, 3C66A, and OJ 287, respectively. Multi-wavelength light-curves for the blazar PKS 1510-089 are discussed to infer the emission processes responsible for the recent flaring episodes in this source.
Kim, Dong Pyo;Kim, Kyung-Seob;Kim, Goo-Cheol;Jeong, Jung-Chae
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.35
no.2
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pp.165-171
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2022
The SiO2/TiO2 multilayer thin films used for narrow band pass filter were fabricated using E-beam evaporation method. The narrow band pass filter was used to enhance the resolution of spectroscopy and sensor applications with near infrared (NIR) light source. The narrow band pass filter with multilayer thin films were designed with Essential Macleod program. The multilayers of SiO2/TiO2 with 32 layers were deposited on the silicon encapsulation of IR with peak wavelength (λp) of 660 nm and NIR LEDs with λp of 830 nm, 880 nm, and 955 nm. After NIR light passed through the narrow band pass filter, the full width of half maximum of 33.4~48.6 nm became narrow to 20~24 nm owing to the absorption of photons with short or long wavelength of designed band of 20 nm. The SiO2/TiO2 band pass filter fabricated in this study can be used for sensor, optoelectronics, and NIR spectroscopy applications.
Variability is one of the major characteristics of Active Galactic Nuclei (AGN), and it is used for understanding the energy generation mechanism in the center of AGN and/or related physical phenomena. It it known that there exists a time lag between AGN light curves simultaneously observed at different wavelengths, which can be used as a tool to estimate the size of the area that produce the radiation. In this paper, We present long term near-infrared variability of optically bright type 1 AGN using the Wide-field Infrared Survey Explorer data. From the Milliquas catalogue v6.4, 73 type 1 QSOs/AGN and 140 quasar candidates are selected that are brighter than 18 mag in optical and located within 5 degree around the ecliptic poles. Light curves in the W1 band (3.4 ㎛) and W2 band (4.6 ㎛) during the period of 2010-2019 were constructed for these objects by extracting multi-epoch photometry data from WISE and NEOWISE all sky survey database. Variability was analyzed based on the excess variance and the probability Pvar. Applying both criteria, the numbers of variable objects are 19 (i.e., 26%) for confirmed AGN and 12 (i.e., 9%) for AGN candidates. The characteristic time scale of the variability (τ) and the variability amplitude (σ) were derived by fitting the DRW model to W1 and W2 light curves. No significant correlation is found between the W1/W2 magnitude and the derived variability parameters. Based on the subsample that are identified in the X-ray source catalog, there exists little correlation between the X-ray luminosity and the variability parameters. We also found four AGN with changing W1-W2 color.
Purpose: In near infrared spectroscopy, interactance configuration of a light source and a spectrometer probe can provide more information regarding fruit internal attributes, compared to reflectance and transmittance configuration. However, there is no through study on the parameters of interactance measurement setup. The objective of this study was to investigate the effect of the parameters on the estimation of soluble solids content (SSC) and firmness of muskmelons. Methods: Melon samples were taken from greenhouses at three different harvesting seasons. The prediction models were developed at three distances of 2, 5, and 8 cm between the light source and the spectrometer probe, three measurement points of 2, 3, and 6 evenly distributed on each sample, and different number of fruit samples for calibration models. The performance of the models was compared. Results: In the test at the three distances, the best results were found at a 5 cm distance. The coefficient of determination ($R_{cv}{^2}$) values of the cross-validation were 0.717 (standard error of prediction, SEP=$1.16^{\circ}Brix$) and 0.504 (SEP=4.31 N) for the estimation of SSC and firmness, respectively. The minimum measurement point required to fully represent the spectral characteristics of each fruit sample was 3. The highest $R_{cv}{^2}$ values were 0.736 (SEP=$0.87^{\circ}Brix$) and 0.644 (SEP=4.16 N) for the estimation of SSC and firmness, respectively. The performance of the models began to be saturated when 60 fruit samples were used for developing calibration models. The highest $R_{cv}{^2}$ of 0.713 (SEP=$0.88^{\circ}Brix$) and 0.750 (SEP=3.30 N) for the estimation of SSC and firmness, respectively, were achieved. Conclusions: The performance of the prediction models was quite different according to the condition of interactance measurement setup. In designing a fruit grading machine with interactance configuration, the parameters for interactance measurement setup should be chosen carefully.
Objective : Microscopic indocyanine green (ICG) angiography is useful for identifying the completeness of aneurysm clipping and the preservation of parent arteries and small perforators. Neuroendoscopy is helpful for visualizing structures beyond the straight line of the microscopic view. We evaluated our prototype of endoscopic ICG fluorescence angiography in swine, which we developed in order to combine the merits of microscopic ICG angiography and endoscopy. Methods : Our endoscopic ICG system consists of a camera, a light source, a display and software. This system can simultaneously display real-time visible and near infrared fluorescence imaging on the same monitor. A commercially available endoscope was used, which was 4 mm in diameter and had an angle of $30^{\circ}$. A male crossbred swine was used. Results : Under general anesthesia, a small craniotomy was performed and the brain surface of the swine was exposed. ICG was injected via the ear vein with a bolus dose of 0.3 mg/kg. Visible and ICG fluorescence images of cortical vessels were simultaneously observed on the display monitor at high resolution. The real-time merging of the visible and fluorescent images corresponded well. Conclusion : Simultaneous visible color and ICG fluorescent imaging of the cortical vessels in the swine brain was satisfactory. Technical improvement and clinical implication are expected.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.11
no.5
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pp.985-990
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2007
The method of enhancing visibility in optical fiber sensor was investigated by improving coherence length of light source. The optical feedback technique is used to enhance coherence length in fiber laser which generates laser in near infrared wavelength region and utilizes low loss characteristics of optical communication grade fiber. In this paper, the effect to coherence length by short and long optical feedback paths are investigated by using Mach-Zehnder interferometer technique. The effect to coherence length by changing optical feedback power and optical modulation are investigated. The spectral drift was calculated by measuring the degree of phase perturbation in unbalanced Mach-Zehnder interferometer having loom path difference. The short optical feedback path was effective to reduce spectral drift to 450kHz/sec and the long optical feedback path in combination with short optical feedback path was found to further reduce spectral drift to 50kHz/sec.
Yu, Young Sam;Kim, Jinsol;Park, Chan;Jeong, Woong-Seob;Kim, Minjin;Choi, Seonghwan;Park, Sung-Joon
Journal of Astronomy and Space Sciences
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v.35
no.3
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pp.201-210
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2018
The characterization of detectors installed in space- and ground-based instruments is important to evaluate the system performance. We report the development of a detector performance test system for astronomical applications using the Andor iKon M CCD camera. The performance test system consists of a light source, monochromator, integrating sphere, and power meters. We adopted the Czerny-Tuner monochromator with three ruled gratings and one mirror, which covers a spectral range of 200-9,000 nm with a spectral resolution of ~1 nm in the visible region. Various detector characteristics, such as the quantum efficiency, sensitivity, and noise, can be measured in wide wavelength ranges from the visible to mid-infrared regions. We evaluated the Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) detector performance test system by using the performance verification of the Andor iKon-M CCD camera. The test procedure includes measurements of the conversion gain ($2.86e^-/ADU$), full well capacity ($130K\;e^-$), nonlinearity, and pixel defects. We also estimated the read noise, dark current, and quantum efficiency as a function of the temperature. The lowest measured read noise is $12e^-$. The dark current at 223 K was determined to be $7e^-/s/pix$ and its doubling temperature is $5.3^{\circ}C{\pm}0.2^{\circ}C$ at an activation energy of 0.6 eV. The maximum quantum efficiency at 223 K was estimated to be $93%{\pm}2%$. We proved that the quantum efficiency is sensitive to the operating temperature. It varies up to 5 % in the visible region, while the variation increases to 30 % in the near-infrared region. Based on the comparison of our results with the test report by the vendor, we conclude that our performance test results are consistent with those from the vendor considering the test environment. We also confirmed that the KASI detector performance test system is reliable and our measurement method and analysis are accurate.
This study was conducted to measure Nitrogen(N), Phosphate($P_2O_5$), Potassium ($K_2O$), Organic matter(OM) and Moisture content of liquid pig manure by Near Infrared Spectroscopy(NIRS) and to develop an alternative and analytical instrument which are used for measurement of N, $P_2O_5$, $K_2O$, OM, and Moisture contents for liquid pig manure. The liquid pig manure sample's transmittance spectra were measured with a NIRS in the wavelength range of 400 to 2,500 nm. Multiple linear regression and partial least square regression were used for calibrations. The correlation coefficient(RSQ) and standard error of calibration(SEC) obtained for nitrogen were 0.9190 and 2.1649, respectively. The RSQ for phosphate, potassium, organic matter and moisture contents were 0.9749, 0.5046, 0.9883 and 0.9777, and the SEC were 0.5019, 1.9252, 0.1180 and 0.0789, respectively. These results are indications of the rapid determination of components of liquid pig manure through the NIR analysis. The simple analytical instrument for liquid pig manure consisted of a tungsten halogen lamp for light source, a sample holder, a quartz cell, a SM 301 spectrometer for spectrum analyzer, a power supply, an electronics, a computer and a software. Results showed that the simple analytical instrument that was developed can approximately predict the phosphate, organic matter and moisture content of the liquid pig manure when compared to the analysis taken by NIRS. The low predictability value of potassium however, needs further investigation. Generally, the experiment proved that the simple analytical instrument was reliable, feasible and practical for analyzing liquid pig manure.
Brain tumors or gliomas are fatal cancer species with high recurrence rates due to their strong invasiveness. Therefore, the goal of surgery is complete tumor resection. However, the surgery is difficult to distinguish the border because tumors and blood vessels have the same color tone and shape. The fluorescein sodium is used as a fluorescence contrast agent for boundary separation. When the external light source is irradiated, yellow fluorescence is expressed in the tumor, which helps distinguish between blood vessels and tumor boundaries. But, the fluorescence expression of fluorescence sodium depends on the concentration of fluorescein sodium and such analytical data is insufficient. The unclear fluorescence can obscure the boundaries between blood vessels and tumors. In addition, reduce the efficiency of fluorescence sodium use. This paper proposes a protocol of concentration range for fluorescence expression conditions. Fluorescent expression was observed using a near-infrared (NIR) color camera with corresponding dilution using normal saline in 1 ml microtube. The flunoresence emission density range is 1.00 mM to 0.15 mM. The fluorescence emission begin to 1.00 mM and the 0.15 mM discolor. The discolor is difficult to fluorescence emission condition obserbation. Thus, the maximum density range of the bright fluoresecein is 0.15 mM to 0.30 mM. When the concentration range of fluorescein sodium is analyzed based on the gradient of fluorescence expression and the power measurement, the brightest fluorescence is expected to facilitate the complete resection of the tumor. For the concentration range protocol, setting concentration ranges and analyzing fluorescence expression image according to saturation and brightness to find optimal fluorescence concentration are important. Concentration range protocols for fluorescence expression conditions can be used to find optimal concentrations of substances whose expression pattern varies with concentration ranges. This study is expected to be helpful in the boundary classification and resection of brain tumors and glioma.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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