Finite Difference Time Domain Method For Grating Structures

International audienceThe aim of this chapter is to present the principle of the FDTD method when applied to the resolution of Maxwell equations. Centered finite differences are used to approximate the value of both time and space derivatives that appear in these equations. The convergence criteria in addition to the boundary conditions (periodic or absorbing ones) are given. The special case of bi-periodic structures illuminated at oblique incidence is solved with the SFM (split field method) technique. In all cases, the dispersion of an eventual metallic media is taken into account through an analytical frequency dependence of the dielectric permittivity. Applications dealing with extraordinary optical transmission are presented and show new results allowing enhanced transmission by excitation of the TEM, a cutoff-less, guided mode of annular aperture arrays engraved into thick silver film

Transmission properties of slanted annular aperture arrays. Giant energy deviation over sub-wavelength distance

International audienceThis paper is devoted to the study of the transmission properties of Slanted Annular Aperture Arrays made in perfectly conducting metal. More precisely, we consider the transmission based on the excitation of the cutoff-less guided mode, namely the TEM mode. We numerically and analytically demonstrate some intrinsic properties of the structure showing a transmission coefficient of at least 50% of an unpolarized incident beam independently of the illumination configuration (angle and plane of incidence). The central symmetry exhibited by the structure is analytically exploited to demonstrate the existence of a polarization state for which all the incident energy is transmitted through the sub-wavelength apertures when the eigenmode is excited, whatever are the illumination and the geometrical parameters. For this state of polarization, the laminar flow of the energy through the structure can exhibit giant deviation over very small distances. An example of energy flow deviation of 220 degrees per wavelength is presented for illustration. The results presented in this paper could be considered as an important contribution to the understanding of the enhanced transmission phenomenon based on the excitation of guided modes. (C) 2015 Optical Society of Americ

Spatially and polarization resolved plasmon mediated transmission through continuous metal films

The experimental demonstration and characterization is made of the plasmon-mediated resonant transmission through an embedded undulated continuous thin metal film under normal incidence. 1D undulations are shown to enable a spatially resolved polarisation filtering whereas 2D undulations lead to spatially resolved, polarization independent transmission. Whereas the needed submicron microstructure lends itself in principle to CD-like low-cost mass replication by means of injection moulding and embossing, the present paper demonstrates the expected transmission effects on experimental models based on metal-coated photoresist gratings. The spectral and angular dependence in the neighbourhood of resonance are investigated and the question of the excess losses exhibited by surface plasmons is discusse

CHALLENGES OF DYNAMIC SIMULATION OF HIGH-SPEED ELECTROMAGNETIC VALVES OF GAS DISTRIBUTION DEVICES

High-speed electromagnetic valves of gas distribution devices are used in modern missile and space technology as jet micro-motors of the executive elements of missile stabilization systems, as well as to control the movement of spacecrafts in space. The problem of creating such valves which are simple and reliable in the operation is relevant. In this work, it is proposed at the development and design stage to perform computer modelling of mutually coupled electromechanical processes, such as: distribution of transient electromagnetic field, transients in an electric circuit, and movement of an electromagnet armature. Besides, the calculation of the force with which the compressed gas acts on the corresponding structural elements of the valve is proposed to be performed by solving the system of Navier-Stokes equations. All problems are solved by numerical methods in axisymmetrical formulation with the corresponding initial and boundary conditions. Improvement of the accuracy of electromagnetic calculations and taking into account the movement of the armature of an electromagnet in the process of multiphysics numerical simulation is achieved using so-called tunable elastic meshes. The paper presents a comparative analysis of the numerical results obtained for several designs of electromagnets. The features of the dynamics of high-speed electromagnets of gas distribution valves during on and off operations are analyzed, the corresponding dynamic characteristics calculated using the proposed technique are presented. Быстродействующие электромагнитные клапаны газораспределительных устройств применяются в современной ракетно-космической технике в качестве реактивных микродвигателей исполнительных органов систем стабилизации ракет, а также для управления движением космическими летательными аппаратами в пространстве. Проблема создания простых в эксплуатации и надежных в работе указанных клапанов является актуальной. В настоящей работе предлагается на стадии разработки и проектирования выполнять компьютерное моделирование взаимосвязанных электромеханических процессов, таких как: распределение нестационарного электромагнитного поля, переходные процессы в электрической цепи, движение якоря электромагнита. При этом расчет силы, с которой сжатый газ действует на соответствующие конструктивные элементы клапана, предлагается выполнять путем решения системы уравнений Навье-Стокса. Все задачи решаются численными методами в осесимметричной постановке с соответствующими начальными и граничными условиями. Повышение точности электромагнитных расчетов и учет движения якоря электромагнита в процессе мультифизического численного моделирования достигается благодаря использованию так называемых перестраиваемых упругих сеток. В работе приведен сравнительный анализ численных результатов, полученных для нескольких конструкций электромагнитов. Проанализированы особенности динамики быстродействующих электромагнитов газораспределительных клапанов при выполнении операций включения и отключения, приведены соответствующие динамические характеристики, рассчитанные по предложенной методике.

ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИКИ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕГО ИНДУКЦИОННО-ДИНАМИЧЕСКОГО ПРИВОДА С БИСТАБИЛЬНЫМ ФИКСАТОРОМ ПОЛОЖЕНИЯ КОНТАКТОВ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ НА БАЗЕ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ

Introduction. Recently, in the literature, inductive-dynamic mechanisms (IDMs), known in foreign literature as a Thomson-drive, as a drive for various electrical devices are often researched and developed. The simplicity and reliability of the design, high speed make such devices indispensable in high-speed electrical devices standing in DC networks, in which emergency overcorrects are not limited by the reactance and can reach significant values. The novelty of the proposed work consists in the development of a mathematical model and the study of the Thompson drive, in which a bistable two-position mechanism consisting of a magnetic system with permanent magnets, is used as the final position latches. The movement of objects is carried out by deforming the computational mesh. The problem is a multiphysical one, in which a parallel solution of several tasks of different nature is considered. Purpose. Analysis of the fundamental possibility of creating a switching device with an induction-dynamic drive on the basis of a mathematical model which allows to increase the reliability of the entire mechanism operation and significantly simplify the design. Methods. The solution of the problem was carried out by the Finite Element Method in the COMSOL package in a cylindrical coordinate system. Results. A mathematical model of a new fast-driven induction-dynamic drive with a bistable mechanism, based on the equations of the electromagnetic field, electric circuit, equations of motion, was developed and partially studied. The model allows to calculate the dynamic parameters of the drive based on the initial data. Conclusions. The principal possibility of creating a high-speed actuator of switching devices based on an induction-dynamic mechanism and a polarized bistable mechanism based on permanent magnets is demonstrated. The research directions of the model were determined for the subsequent implementation of the results in experimental samples. В статье исследована оригинальная математическая модель быстродействующего индукционно-динамического привода выключателя с бистабильным фиксатором с двумя катушками на базе постоянных магнитов. Индукционно-динамические механизмы, известные в иностранной литературе как Thomson-drive, применяются в качестве привода выключателей постоянного тока благодаря высокому быстродействию, простоте и надежности конструкции. Целью статьи является анализ принципиальной возможности создания коммутационного аппарата с индукционно-динамическим приводом на базе математической модели, что позволяет повысить надежность работы всего механизма и существенно упростить конструкцию. Рассматривается возможность создания предлагаемого комбинированного приводного механизма и определение основных направлений дальнейших исследований с целью получения опытных образцов. Конструкция исследуемого индукционно-динамического привода ранее в литературе не рассматривалась. Решаемая задача является мультифизической, включающей расчет: статического магнитного поля; электрической цепи с учетом изменения напряжения на конденсаторе и наведенной в катушках противо-ЭДС; динамики движения якорей бистабильного фиксатора и привода с учетом изменения массы; нестационарного электромагнитного поля в неоднородной нелинейной среде с учетом постоянных магнитов и движения проводящих тел в электромагнитном поле. Направления дальнейших исследований представляются в виде оптимизации геометрии, параметров катушек привода и конденсаторов, геометрии бистабильного механизма, объема и остаточной индукции постоянных магнитов для обеспечения требуемых значений быстродействия, контактного нажатия и габаритов аппарата

Deletion of the glucocorticoid receptor chaperone FKBP51 prevents glucocorticoid-induced skin atrophy

FKBP51 (FK506-binding protein 51) is a known co-chaperone and regulator of the glucocorticoid receptor (GR), which usually attenuates its activity. FKBP51 is one of the major GR target genes in skin, but its role in clinical effects of glucocorticoids is not known. Here, we used FKBP51 knockout (KO) mice to determine FKBP51's role in the major adverse effect of topical glucocorticoids, skin atrophy. Unexpectedly, we found that all skin compartments (epidermis, dermis, dermal adipose and CD34+ stem cells) in FKBP51 KO animals were much more resistant to glucocorticoid-induced hypoplasia. Furthermore, despite the absence of inhibitory FKBP51, the basal level of expression and glucocorticoid activation of GR target genes were not increased in FKBP51 KO skin or CRISPR/Cas9-edited FKBP51 KO HaCaT human keratinocytes. FKBP51 is known to negatively regulate Akt and mTOR. We found a significant increase in AktSer473 and mTORSer2448 phosphorylation and downstream pro-growth signaling in FKBP51-deficient keratinocytes in vivo and in vitro. As Akt/mTOR-GR crosstalk is usually negative in skin, our results suggest that Akt/mTOR activation could be responsible for the lack of increased GR function and resistance of FKBP51 KO mice to the steroid-induced skin atrophy

Distance support in-service engineering for the high energy laser

The U.S. Navy anticipates moving to a shipboard high-energy laser program of record in the fiscal year 2018 and achieving an initial operational capability by 2020. The design of a distance support capability within the high-energy laser system was expected to assist the Navy in reaching this goal. This capstone project explored the current Navy architecture for distance support and applied system engineering methodologies to develop a conceptual distance support framework with application to the high-energy laser system. A model and simulation of distance support functions were developed and used to analyze the feasibility in terms of performance, cost, and risk. Results of this capstone study showed that the implementation of distance support for the high-energy laser system is feasible and would reduce the total ownership cost over the life of the program. Furthermore, the capstone shows that moving toward the team’s recommended distance support framework will address current gaps in the Navy distance support architecture and will provide a methodology tailored to modern enterprise naval systems.http://archive.org/details/distancesupporti1094545248Approved for public release; distribution is unlimited

ОСОБЛИВОСТІ МОРФОЛОГІЧНИХ ТА МЕТАБОЛІЧНИХ ЗМІН В БРОНХАХ ТА ЛЕГЕНЯХ У ДИНАМІЦІ ФОРМУВАННЯ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЇ БРОНХІАЛЬНОЇ АСТМИ

За останнє десятиліття спостерігається значне збільшення кількості випадків алергійних захворювань, насамперед бронхіальної астми (БА), що розглядається як проблема світового рівня й перебуває в центрі уваги клініцистів різних спеціальностей. На сучасному етапі БА є комплексним захворюванням із різними клініко-патогенетичними варіантами перебігу, особливостями реакції на проведене лікування та віддаленими результатами захворювання. Мета дослідження – вивчити морфологічні та метаболічні зміни в бронхах та легенях морських свинок у динаміці формування експериментальної бронхіальної астми. Матеріали і методи. Результати проведених патоморфологічних досліджень встановили, що застосування даної експериментальної моделі для морських свинок спричиняло спазм гладкої м’язової тканини у бронхах дрібного та середнього калібрів, артеріальних судинах легень із вираженим звуженням їхнього простору, а також еозинофільну та лімфоцитарну інфільтрації, особливо на 19-ту добу експерименту, яке в подальшому (33-я доба) призводило до розвитку вогнищевого ателектазу, пневмосклерозу та емфіземи легень. Результати досліджень та їх обговорення. Результати проведених біохімічних досліджень показали активізацію протеолітичних процесів у бронхах на усіх стадіях їх розвитку на тлі депресії показників антипротеазного потенціалу, особливо на 33-ю добу експерименту – зростає вміст азоальбуміну на 107,2 % (р<0,05), азоказеїну – на 133,8 % (р<0,05) і знижується концентрація α2-макроглобуліну на 64,6 % (р<0,05) порівняно з контролем. Формування бронхіальної астми спричиняє порушення протеїназно-інгібіторної системи в легенях, що проявляється достовірним поетапним зростанням лізису дрібно і великодисперсних білків в умовах компенсаторного підвищення вмісту α2-макроглобуліну на 5-ту добу експерименту з подальшим їх зниженням. Найпомітніші зміни протеїназно-інгібіторної системи спостерігали в найпізніший термін (33-я доба) спостереження – зростав вміст азоальбуміну на 85,9 % (р<0,05), азоказеїну – на 96,3 % (р<0,05) та знижувався рівень α2-макроглобуліну на 48,5 % (р<0,05) в легенях відносно показників контролю. Висновки. В динаміці розвитку експериментальної БА відмічають посилення протеазних реакцій із початковою активізацією, а далі депресією активності інгібіторного захисту, що свідчить про виражений дисбаланс протеїназно-інгібіторної системи, починаючи з раннього періоду формування цієї патології

Annular aperture arrays: study in the visible region of the electromagnetic spectrum

http://www.opticsinfobase.org/abstract.cfm?URI=ol-30-13-1611Baida and Van Labeke recently proposed a structure that exhibits a supertransmission of light through an array of nanometric coaxial apertures in a metallic film that has been named an annular aperture array (AAA) [Opt. Commun.209, 17 (2002); Phys. Rev. B67, 155314 (2003); J. Microsc.213, 140 (2003)]. We present the first experimental study, to our knowledge, of an AAA structure in the visible region. For technological reasons, the structure under study does not produce a supertransmission of 80% as in Baida and Van Labeke [Opt. Commun.209, 17 (2002)]. We built the nanostructure and experimentally recorded its far-field spectral response. This transmission shows only one broad band with a maximum around lambda=700 nm, giving a maximum efficiency around 17%. A finite-difference time-domain simulation reproduces quite well the obtained transmission spectrum