KR102357830B1 - Raman spectroscopy system using frequency-tunable diode laser according to pulse power and control method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 펄스 전원에 따른 주파수 가변 다이오드 레이저를 이용한 라만 분광 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 펄스 신호의 듀티비(duty ratio) 또는 전원 주파수 중 하나에 이상에 따라 변화된 라만 스펙트럼의 위상변화를 보정하여 보다 정확한 라만 신호를 얻을 수 있는 펄스 전원에 따른 주파수 가변 다이오드 레이저를 이용한 라만 분광 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a Raman spectroscopy system using a frequency tunable diode laser according to pulse power and a control method thereof, and more particularly, to a phase of a Raman spectrum changed according to at least one of a duty ratio of a pulse signal or a power frequency To a Raman spectroscopy system using a frequency-tunable diode laser according to pulse power, which can obtain a more accurate Raman signal by correcting the change, and a method for controlling the same.
라만 분광 기법은 레이저를 대상 시료에 조사하고 이로부터 얻어지는 스펙트럼으로부터 물질의 성분을 판별하는 분석기법이다. 시료에 단색 광원인 레이저를 조사하면 빛이 산란되는데, 이처럼 산란된 빛의 대부분은 레이저의 파장에 상응하는 신호이지만, 일부는 레이저의 파장에서 시료의 진동모드의 주파수에 해당하는 라만 이동(Raman shift)이 되어 나오는 신호가 있다. The Raman spectroscopy technique is an analysis technique that irradiates a laser onto a target sample and discriminates the material components from the spectrum obtained therefrom. When a sample is irradiated with a laser, which is a monochromatic light source, light is scattered. Most of the scattered light is a signal corresponding to the wavelength of the laser, but some of the scattered light is a Raman shift (Raman shift) corresponding to the frequency of the vibration mode of the sample at the wavelength of the laser. ), there is a signal coming out.
이 신호를 분석하면 분자나 결정의 형태 및 대칭성에 대한 정보를 알 수 있고 시료의 결정화 정도를 파악할 수 있다. 이렇게 파장이 변화하는 양상은 물질의 구조적 특성에 따라 다르게 나타나고, 각각의 특정한 물질에 대해서 고유한 특성처럼 나타나기 때문에, 라만 스펙트럼은 물질의 지문(fingerprint)이라고 일컬어진다.By analyzing this signal, information on the shape and symmetry of molecules or crystals can be obtained, and the degree of crystallization of the sample can be determined. This change in wavelength appears differently depending on the structural properties of the material, and appears as a unique property for each specific material, so the Raman spectrum is called the fingerprint of the material.
다만, 종래 라만 분광기는 화학물질을 분석하는 데 매우 강력한 도구이지만, 분광기 내 레이저 전원으로서 고정된 직류 전원이 사용됨으로 분광의 분해능이 높지 않거나, 분석하고자 하는 화학반응 혹은 생물학적 반응에 대한 분석이 어렵다. However, the conventional Raman spectrometer is a very powerful tool for analyzing chemical substances, but since a fixed DC power supply is used as a laser power source in the spectrometer, the resolution of the spectrum is not high, or it is difficult to analyze a chemical or biological reaction to be analyzed.
또한, 종래 나노초에서 펨토초까지 고주파로 동작하는 레이저를 사용하는 라만 분광기의 경우 충분한 레이저 전원을 얻기 위해 특별한 전원장치가 필요로 하고, 마이크로초로 영역대의 분석이 어렵다. In addition, in the case of a Raman spectrometer using a laser operating at a high frequency from nanoseconds to femtoseconds in the related art, a special power supply is required to obtain sufficient laser power, and it is difficult to analyze the range in microseconds.
또한, 고가의 레이저를 이용하는 라만 분광기는 일정한 전원을 공급할 수 있지만, 고가의 장비임으로 경제성이 떨어지고, 저가의 레이저를 이용하는 경우 전기적 신호에 대한 라만 분광기의 분해능 및 라만 신호의 위치가 변하는 단점이 있다. In addition, a Raman spectrometer using an expensive laser can supply a constant power, but as it is expensive equipment, economical efficiency is low, and when a low-cost laser is used, the resolution of the Raman spectrometer for an electrical signal and the position of the Raman signal change.
관련문헌 1은 레이저 출력 조정기를 가지는 라만 분광기에 관한 것이고, 관련문헌 2는 비침습적 라인-조사 공간변위 라만분광기에 관한 것이다. 상기 관련문헌 1 내지 2는 시편 손상을 방지하고 라만 신호 획득 효율을 향상하기 위한 레이저 출력을 조정하는 구성을 포함하고 있으나, 출력조정에 따른 미세한 신호 변화를 보정할 수 없으므로 분석하고자 하는 화학물질 등에 대한 정밀한 분석이 어려운 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 분석하고자 하는 샘플에 대한 분해능을 높이고 화학반응 혹은 생물학적 반응에 대한 분석을 용이하게 할 수 있도록 펄스 전원에 따른 주파수 가변 다이오드 레이저를 이용하는 펄스 전원에 따른 주파수 가변 다이오드 레이저를 이용한 라만 분광 시스템 및 이의 제어방법을 얻고자 하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, and to increase the resolution of the sample to be analyzed and to facilitate the analysis of a chemical reaction or a biological reaction, the frequency according to the pulse power using a frequency-tunable diode laser according to the pulse power An object of the present invention is to obtain a Raman spectroscopy system using a tunable diode laser and a method for controlling the same.
또한, 본 발명의 목적은 전원부 펄스 신호의 듀티비(duty ratio) 또는 전원 주파수에 따라 발생될 수 있는 라만 스펙트럼의 위상변화를 보정하여 정확한 라만 신호를 얻을 수 있도록 라만 스펙트럼의 피크 파장을 추적하고, 상기 피크 파장을 이용하여 파수변환한 후 보정인자를 곱하여 최종적으로 보정 스펙트럼을 얻는 펄스 전원에 따른 주파수 가변 다이오드 레이저를 이용한 라만 분광 시스템 및 이의 제어방법을 제공하는 것이다.In addition, it is an object of the present invention to track the peak wavelength of the Raman spectrum so as to obtain an accurate Raman signal by correcting the phase change of the Raman spectrum that may be generated depending on the duty ratio of the power supply pulse signal or the power frequency, To provide a Raman spectroscopy system using a frequency tunable diode laser according to pulse power to obtain a final corrected spectrum by multiplying a correction factor by a wavenumber conversion using the peak wavelength, and a method for controlling the same.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 펄스 전원에 따른 주파수 가변 다이오드 레이저를 이용한 라만 분광 시스템은 펄스 신호를 공급하는 전원부; 상기 펄스 신호를 증폭하는 전원 증폭부; 상기 전원 증폭부로부터 증폭된 펄스 신호가 입력되면 샘플에 주파수 가변 다이오드 레이저를 조사하여 라만 산란광을 생성하는 라만 프로브; 및 상기 라만 산란광을 분광하여 라만 스펙트럼을 생성하고, 상기 펄스 신호의 듀티비(duty ratio) 또는 전원 주파수 중 하나 이상에 따라 위상이 변화된 상기 라만 스펙트럼을 보정하는 라만 분광계; 를 제공한다.In order to achieve the above object, a Raman spectroscopy system using a frequency tunable diode laser according to a pulse power supply of the present invention includes a power supply unit for supplying a pulse signal; a power amplifier for amplifying the pulse signal; a Raman probe for generating Raman scattered light by irradiating a frequency-tunable diode laser to a sample when the pulse signal amplified from the power amplifier is input; and a Raman spectrometer configured to generate a Raman spectrum by dividing the Raman scattered light, and correcting the Raman spectrum whose phase is changed according to at least one of a duty ratio of the pulse signal and a power frequency; provides
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 펄스 전원에 따른 주파수 가변 다이오드 레이저를 이용한 라만 분광 시스템의 제어방법은 펄스 신호가 공급되는 펄스 신호 공급단계; 상기 펄스 신호가 증폭되는 펄스 신호 증폭단계; 상기 펄스 신호 증폭단계로부터 증폭된 펄스 신호가 입력되면 샘플에 주파수 가변 다이오드 레이저가 조사되고 라만 산란광이 생성되는 라만 산란광 생성단계; 및 상기 라만 산란광에 대한 라만 스펙트럼이 생성되는 라만 스펙트럼 생성단계; 상기 펄스 신호의 듀티비(duty ratio) 또는 전원 주파수 중 하나 이상에 따라 위상이 변화된 상기 라만 스펙트럼이 보정되는 라만 스펙트럼 보정단계; 를 제공한다.In order to achieve the above object, a control method of a Raman spectroscopy system using a frequency tunable diode laser according to a pulse power supply of the present invention includes: a pulse signal supply step to which a pulse signal is supplied; a pulse signal amplifying step in which the pulse signal is amplified; a Raman scattered light generating step of irradiating a frequency tunable diode laser to the sample and generating Raman scattered light when the pulse signal amplified from the pulse signal amplifying step is input; and a Raman spectrum generating step of generating a Raman spectrum for the Raman scattered light. a Raman spectrum correction step in which the phase-changed Raman spectrum is corrected according to at least one of a duty ratio of the pulse signal or a power frequency; provides
이상과 같이 본 발명에 의하면 펄스 전원에 따른 주파수 가변 다이오드 레이저를 구비함으로써, 분석하고자 하는 샘플로부터 생성된 라만 신호의 분해능을 높이고, 화학반응 혹은 생물학적 반응에 대한 분석을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, by providing a frequency tunable diode laser according to pulse power, the resolution of a Raman signal generated from a sample to be analyzed is increased, and there is an effect of facilitating the analysis of a chemical reaction or a biological reaction. .
또한, 본 발명은 라만 스펙트럼의 피크 파장을 추적하고, 상기 피크 파장을 이용하여 파수변환한 후 보정인자를 곱하여 최종적으로 보정 스펙트럼을 얻음으로써, 전원부 펄스 신호의 듀티비(duty ratio) 또는 전원 주파수에 따라 발생될 수 있는 라만 스펙트럼의 위상변화를 보정하여 보다 정확한 라만 신호를 얻을 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention tracks the peak wavelength of the Raman spectrum, converts the wave number using the peak wavelength, and then multiplies it by a correction factor to finally obtain a corrected spectrum. There is an effect that a more accurate Raman signal can be obtained by correcting the phase change of the Raman spectrum that may be generated accordingly.
도 1은 본 발명의 펄스 전원에 따른 주파수 가변 다이오드 레이저를 이용한 라만 분광 시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 라만 프로브 내부 구성도이다.
도 3은 본 발명의 펄스 전원에 따른 주파수 가변 다이오드 레이저를 이용한 라만 분광 시스템의 제어방법 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 라만 스펙트럼 보정단계의 세부 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 라만 스펙트럼을 표시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고체 및 액체 샘플에 대해 듀티비에 따른 라만 스펙트럼을 표시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고체 및 액체 샘플에 대해 전원 주파수에 따른 라만 스펙트럼을 표시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 고체 샘플에 대해 전원 주파수에 따른 보정인자를 얻기 위한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 고체 샘플에 대한 보정 스펙트럼을 표시한 그래프이다.1 is a configuration diagram of a Raman spectroscopy system using a frequency tunable diode laser according to a pulse power supply of the present invention.
2 is an internal configuration diagram of a Raman probe according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart of a control method of a Raman spectroscopy system using a frequency-tunable diode laser according to a pulse power source of the present invention.
4 is a detailed flowchart of the Raman spectrum correction step of the present invention.
5 is a view showing a Raman spectrum according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing Raman spectra according to duty ratios for solid and liquid samples according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing Raman spectra according to power frequency for solid and liquid samples according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph for obtaining a correction factor according to a power frequency for a solid sample according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing a calibration spectrum for a solid sample according to an embodiment of the present invention.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in this specification have been selected as currently widely used general terms as possible while considering the functions in the present invention, but these may vary depending on the intention or precedent of a person skilled in the art, the emergence of new technology, and the like. In addition, in a specific case, there is a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, rather than the name of a simple term.
다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 펄스 전원에 따른 주파수 가변 다이오드 레이저를 이용한 라만 분광 시스템 구성도이다.Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a configuration diagram of a Raman spectroscopy system using a frequency tunable diode laser according to a pulse power supply of the present invention.
도 1을 보면, 본 발명의 펄스 전원에 따른 주파수 가변 다이오드 레이저를 이용한 라만 분광 시스템은 전원부(100), 전원 증폭부(200), 라만 프로브(300) 및 라만 분광계(400)를 포함한다. Referring to FIG. 1 , a Raman spectroscopy system using a frequency tunable diode laser according to a pulse power of the present invention includes a
보다 구체적으로, 상기 전원부(100)는 펄스 신호를 공급한다. More specifically, the
상기 전원부(100)는 고주파 펄스 전원 공급 장치로 사용될 수 있는 함수 발생기일 수 있고, 상기 펄스 신호의 듀티비(duty ratio) 또는 전원 주파수를 제어할 수 있다. The
그리고 상기 펄스 신호는 주기적인 파형의 구형파임으로, 주기에 대한 도통 구간의 비율인 듀티비(duty ratio)를 구할 수 있다. 상기 펄스 신호는 듀티비(duty ratio)가 클수록 에너지가 큰 신호이다.In addition, since the pulse signal is a square wave of a periodic waveform, a duty ratio that is a ratio of a conduction period to a period may be obtained. As the duty ratio of the pulse signal increases, the energy of the pulse signal increases.
다음으로, 상기 전원 증폭부(200)는 상기 펄스 신호를 증폭한다. 상기 전원 증폭부(200)는 매우 낮은 주파수부터 고주파까지 광대역의 증폭을 할 수 있고, 위상 특성이 좋은 증폭 회로를 갖는다. Next, the
다음으로, 상기 라만 프로브(300)는 상기 전원 증폭부(200)로부터 증폭된 펄스 신호가 입력되면 샘플에 주파수 가변 레이저를 조사하여 라만 산란광을 생성한다. Next, when the pulse signal amplified from the
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 라만 프로브(300) 내부 구성도이다. 2 is an internal configuration diagram of a Raman
도 2를 보면, 상기 라만 산란광을 생성하기 위해서 상기 라만 프로브(300)는 레이저 다이오드(310), 볼록렌즈(320), 반사거울(330), 샘플홀더(340), 오목렌즈(350), 경로조정 코일(360), 라만필터(370), 집광렌즈(380), 광섬유(390)를 포함할 수 있다.2, in order to generate the Raman scattered light, the Raman
상기 레이저 다이오드(310)는 상기 전원부(100)로부터 공급된 펄스 신호에 따라 가변된 주파수를 갖는 여기광을 방출한다. 즉, 상기 레이저 다이오드(310)는 일정한 주파수를 갖는 펄스 신호가 아닌, 가장 바람직하게 1 내지 10MHz를 포함하는 광대역의 전원 주파수를 갖는 펄스 신호에서 동작 가능하다. 그리고 상기 레이저 다이오드(310)가 상기 주파수 가변 레이저의 광원이 되는 것이다.The
상기 볼록렌즈(320)는 상기 여기광이 상기 볼록렌즈(320)의 초점에 수렴하도록 한다.The
상기 반사거울(330)은 상기 볼록렌즈(320)로부터 수렴된 상기 여기광이 입사하면 입사각과 동일한 크기를 갖는 반사각으로 상기 여기광을 반사한다. When the excitation light converged from the
상기 샘플홀더(340)는 상기 반사거울(330)로부터 반사된 상기 여기광이 상기 샘플에 입사되도록 상기 샘플을 해당 위치에 고정한다. The
상기 오목렌즈(350)는 상기 샘플홀더(340)에 고정된 샘플로부터 반사된 상기 여기광을 발산한다. The
상기 경로조정 코일(360)은 상기 오목렌즈(350) 말단에 한 쌍으로 구비된다. 그리고 상기 경로조정 코일(360)은 전원이 인가되면 상기 오목렌즈(350)를 상하좌우로 움직여 상기 여기광의 경로를 조정한다. 즉, 상기 경로조정 코일(360)은 상기 라만필터(370)에 상기 여기광이 잘 입사되어 명확한 라만신호를 생성할 수 있다. The
상기 라만필터(370)는 경로조정 코일(360)로부터 경로가 조정된 상기 여기광이 입사되면 라만효과를 이용하여 상기 라만 산란광을 생성한다. 여기서 라만 산란은 일반적으로 물질에 일정한 주파수의 빛을 조사한 경우 분자 고유 진동이나 회전 에너지 또는 결정의 격자 진동 에너지만큼 달라진 주파수의 빛이 산란되는 현상이다. The Raman
상기 집광렌즈(380)는 상기 라만 산란광을 집광한다. The
상기 광섬유(390)는 집광된 상기 라만 산란광을 상기 라만 분광계(400)로 이동하도록 한다. The
즉, 상기 라만프로브(300)는 종래 라만프로브와 비교하여 레이저 일체형 프로브라는 점에서 차이가 있다. 종래 라만프로브는 외부에 위치한 레이저를 광섬유와 연결하여 사용한다. 하지만 상기 라만 프로브(300)는 상기 레이저 다이오드(310)를 일체형으로 구비함으로써 광원의 흔들림이 없고, 일정한 여기광 경로를 제공하여 보다 명확한 라만 분석이 가능하도록 한다. That is, the
다음으로, 상기 라만 분광계(400)는 상기 라만 산란광을 분광하여 라만 스펙트럼을 생성하고, 상기 펄스 신호의 듀티비(duty ratio) 또는 전원 주파수 중 하나에 따라 변화된 상기 라만 스펙트럼을 보정한다. Next, the
일반적으로, 소형화된 라만 분광장치에서 일정한 직류전원을 이용할 경우 발열이 심해 연속 냉각 문제가 발생하여 분석 정확도가 떨어지는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 상기 펄스 신호를 공급하는 전원부(100)를 구비함으로써, 상기 라만 발열이 적어 냉각 문제를 해결할 수 있고, 보다 정밀한 라만 신호를 얻을 수 있다.In general, when a constant DC power source is used in a miniaturized Raman spectrometer, heat is severe and continuous cooling problem occurs, resulting in poor analysis accuracy. In order to solve this problem, in the present invention, by providing the
다만, 상기 펄스 신호를 이용하여 라만 스펙트럼을 얻을 시 상기 듀티비(duty ratio) 또는 전원 주파수에 따라서 라만 스펙트럼의 위상이 변화되는 것을 하기 실험을 통해 알 수 있다. 이에 따라, 상기 라만 분광계(400)는 상기 라만 스펙트럼을 보정하기 위해서 파장 추적부(410), 파수 변환부(420) 및 위상변화 보정부(430)를 포함할 수 있다.However, it can be seen through the following experiment that the phase of the Raman spectrum is changed according to the duty ratio or the power frequency when the Raman spectrum is obtained using the pulse signal. Accordingly, the
상기 파장 추적부(410)는 상기 라만 스펙트럼으로부터 상기 주파수 가변 레이저의 피크 파장을 추적한다. The
가장 바람직하게, 상기 파장 추적부(410)는 노치필터 또는 라만 엣지 일 수 있고, 상기 주파수 가변 레이저의 기 설정된 피크 파장에서 3nm 범위에서 상기 피크 파장을 추적할 수 있다.Most preferably, the
여기서, 노치필터(Notch filter)는 일반적으로 특정한 파장을 갖는 광 또는 전파만을 선택적으로 감쇄시키는 광학소자 또는 전기회로를 말하며, 가시광 영역에서는 중심파장으로부터 일정범위 이내의 빛만을 선택적으로 100만분의 1정도 이하까지 감쇄시킬 수 있기 때문에 라만 분광법에 사용하는 강한 광을 제거하여 측정을 쉽게 하는데 용이한 필터이다.Here, the notch filter generally refers to an optical device or an electric circuit that selectively attenuates only light or radio waves having a specific wavelength, and in the visible light region, only light within a certain range from the central wavelength is selectively about 1 in a million. It is an easy filter for easy measurement by removing strong light used in Raman spectroscopy because it can attenuate up to the following.
예컨대, 상기 파장 추적부(410)는 상기 주파수 가변 레이저의 기 설정된 파장이 520nm라면, 520nm를 기준으로 3nm 범위에서 상기 피크 파장을 추적할 수 있고, 상기 피크파장은 519.5nm, 520.1nm, 520.5nm 등일 수 있다. For example, if the preset wavelength of the frequency tunable laser is 520 nm, the
다음으로, 상기 파수 변환부(420)는 상기 피크 파장을 이용하여 상기 라만 스펙트럼의 모든 파장을 파수로 변환한 후 파수변환 스펙트럼을 생성할 수 있다. 이때, 상기 파수 변환부(420)는 하기 [수학식 1]로 상기 라만 스펙트럼의 모든 파장을 파수로 변환하는 것을 특징으로 한다.Next, the
[수학식 1][Equation 1]
여기서, 상기 W는 파수이고, 상기 는 상기 파장 추적부(410)로부터 추적된 피크 파장이고, 상기 는 상기 라만 스펙트럼의 모든 파장이다.where W is the wavenumber, is the peak wavelength tracked by the
예컨대, 상기 는 상기 파장 추적부(410)로부터 추적된 피크 파장인 520.1nm가 대입될 수 있고, 상기 는 상기 라만 스펙트럼의 모든 파장이 대입될 수 있다. 이에 따라, 상기 파수 변환부(420)는 상기 라만 스펙트럼의 모든 파장을 파수로 변환한 후 파수변환 스펙트럼을 생성할 수 있다. 이는 최초에 얻은 라만 스펙트럼을 파수변환 스펙트럼으로 보정하는 1차 보정이라고 할 수 있다.For example, the 520.1 nm, which is the peak wavelength tracked by the
다음으로, 상기 위상변화 보정부(430)는 상기 파수변환 스펙트럼의 위상변화를 보정하도록 상기 피크 파장에 대한 파수를 보정인자로 얻고, 상기 파수변환 스펙트럼 내 각각의 파수에 상기 보정인자를 곱하여 보정 스펙트럼을 생성할 수 있다. Next, the phase
가장 바람직하게, 상기 위상변화 보정부(430)는 상기 펄스 신호의 듀티비(duty ratio) 또는 전원 주파수에 따라 얻은 상기 피크 파장의 차이값에 대한 상기 파수의 차이값이 상기 보정인자로 얻어질 수 있다. 즉, 상기 보정인자는 그래프의 기울기 값일 수 있다. Most preferably, the phase
또한, 상기 위상변화 보정부(430)는 상기 펄스 신호의 듀티비(duty ratio) 또는 전원 주파수 중 하나에 따라 변화된 위상을 최종적으로 보정한 보정 스펙트럼을 얻을 수 있다. 이는 1차 보정 이후 파수변환 스펙트럼을 보정 스펙트럼으로 보정하는 2차 보정이라고 할 수 있다.Also, the phase
이에 따라, 종래 지속적으로 일정한 직류전원을 사용함으로써 발열이 심하게 발생하는 문제점을 해결하고자 본 발명은 상기 라만 프로브(300)에 상기 펄스 신호를 가함으로 상기 주파수 가변 레이저 내부의 온도 변화를 줄일 수 있는 효과가 있다.Accordingly, in order to solve the problem of severe heat generation by continuously using a constant DC power in the prior art, the present invention can reduce the temperature change inside the frequency tunable laser by applying the pulse signal to the
또한, 본 발명은 상기 펄스 신호를 이용하기 때문에 발열이 적어 상기 주파수 가변 레이저의 냉각장치가 없어도 정밀한 스펙트럼을 얻을 수 있다. 그리고 본 발명은 냉각장치를 따로 구비하지 않기 때문에 상기 라만 프로브(300)가 일체형으로 구비될 수 있는 현저한 효과가 있다. In addition, since the present invention uses the pulse signal, heat generation is low, so that a precise spectrum can be obtained without a cooling device for the frequency tunable laser. And since the present invention does not separately provide a cooling device, there is a remarkable effect that the
또한, 본 발명은 상기 펄스 신호를 이용하면서 스펙트럼에 영향을 줄 수 있는 듀티비(duty ratio) 또는 전원 주파수 인자를 보정함으로써, 상기 펄스 신호를 이용함에도 불구하고 샘플을 분석하기 위해 보다 정밀한 스펙트럼을 제공할 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention provides a more precise spectrum to analyze a sample despite using the pulse signal by correcting a duty ratio or power frequency factor that may affect the spectrum while using the pulse signal There is an effect that can be done.
도 3은 본 발명의 펄스 전원에 따른 주파수 가변 다이오드 레이저를 이용한 라만 분광 시스템의 제어방법 흐름도이다. 도 4는 본 발명의 라만 스펙트럼 보정단계(S500)의 세부 흐름도이다.3 is a flowchart of a control method of a Raman spectroscopy system using a frequency-tunable diode laser according to a pulse power source of the present invention. 4 is a detailed flowchart of the Raman spectrum correction step (S500) of the present invention.
우선, 도 3을 보면 본 발명의 펄스 전원에 따른 주파수 가변 다이오드 레이저를 이용한 라만 분광 시스템의 제어방법은 펄스 신호 공급단계(S100), 펄스 신호 증폭단계(S200), 라만 산란광 생성단계(S300), 라만 스펙트럼 생성단계(S400) 및 라만 스펙트럼 보정단계(S500)를 포함한다.First, referring to FIG. 3, the control method of the Raman spectroscopy system using a frequency tunable diode laser according to the pulse power of the present invention includes a pulse signal supply step (S100), a pulse signal amplification step (S200), a Raman scattered light generation step (S300), It includes a Raman spectrum generation step (S400) and a Raman spectrum correction step (S500).
상기 펄스 신호 공급단계(S100)는 전원부(100)에 의하여, 펄스 신호가 전원 증폭부(200)에 공급된다. In the pulse signal supply step ( S100 ), a pulse signal is supplied to the
그리고 상기 펄스 신호는 주기적인 파형의 구형파임으로, 주기에 대한 도통 구간의 비율인 듀티비(duty ratio)를 구할 수 있다. 상기 펄스 신호는 듀티비(duty ratio)가 클수록 에너지가 큰 신호이다.In addition, since the pulse signal is a square wave of a periodic waveform, a duty ratio that is a ratio of a conduction period to a period may be obtained. As the duty ratio of the pulse signal increases, the energy of the pulse signal increases.
상기 펄스 신호 증폭단계(S200)는 상기 전원 증폭부(200)에 의하여, 상기 펄스 신호가 증폭된다. 상기 펄스 신호 증폭단계(S200)는 매우 낮은 주파수부터 고주파까지 광대역의 증폭이 될 수 있다.In the pulse signal amplification step ( S200 ), the pulse signal is amplified by the
상기 라만 산란광 생성단계(S300)는 라만 프로브(300)에 의하여, 상기 전원 증폭단계(S200)로부터 증폭된 펄스 신호가 입력되면 샘플에 주파수 가변 다이오드 레이저가 조사되고 라만 산란광이 생성된다.In the Raman scattered light generating step (S300), when the pulse signal amplified from the power amplifying step (S200) is input by the
상기 라만 스펙트럼 생성단계(S400)는 라만 분광계(400)에 의하여, 상기 라만 산란광에 대한 라만 스펙트럼이 생성된다.In the Raman spectrum generating step ( S400 ), a Raman spectrum for the Raman scattered light is generated by the
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 라만 스펙트럼을 표시한 도면이다.5 is a view showing a Raman spectrum according to an embodiment of the present invention.
도 5를 보면, 파장 대비 신호 강도를 표시한 상기 라만 스펙트럼 그래프 내에서 상기 주파수 가변 다이오드 레이저의 실제 피크 파장, 라만 파장, 형광방출 파장을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5 , an actual peak wavelength, a Raman wavelength, and a fluorescence emission wavelength of the frequency tunable diode laser can be identified within the Raman spectrum graph indicating signal intensity versus wavelength.
다음으로, 상기 라만 스펙트럼 보정단계(S500)는 상기 라만 분광계(400)에 의하여, 상기 펄스 신호의 듀티비(duty ratio) 또는 전원 주파수 중 하나 이상에 따라 위상이 변화된 상기 라만 스펙트럼이 보정된다. Next, in the Raman spectrum correction step S500 , the Raman spectrum whose phase is changed according to at least one of a duty ratio of the pulse signal and a power frequency is corrected by the
즉, 상기 라만 스펙트펌 생성단계(S400)로부터 생성된 최초의 라만 스펙트럼은 상기 펄스 신호의 듀티비(duty ratio) 또는 전원 주파수에 따라 위상이 변화된 스펙트럼이다. 즉, 이를 보정해주는 과정이 반드시 필요하다.That is, the initial Raman spectrum generated in the Raman spectral perm generation step S400 is a spectrum whose phase is changed according to a duty ratio of the pulse signal or a power frequency. In other words, a process of correcting this is absolutely necessary.
도 4를 보면, 상기 라만 스펙트럼 보정단계(S500)는 상기 라만 스펙트럼을 보정하기 위해서 파장 추적단계(S510), 파수 변환단계(S520) 및 위상변화 보정단계(S530)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the Raman spectrum correction step S500 may include a wavelength tracking step S510 , a wavenumber conversion step S520 , and a phase change correction step S530 to correct the Raman spectrum.
상기 파장 추적단계(S510)는 파장 추적부(410)에 의하여, 상기 라만 스펙트럼으로부터 상기 주파수 가변 다이오드 레이저의 피크 파장이 추적된다. In the wavelength tracking step ( S510 ), the peak wavelength of the frequency tunable diode laser is tracked from the Raman spectrum by the
가장 바람직하게, 상기 파장 추적단계(S510)는 상기 주파수 가변 레이저의 기 설정된 피크 파장에서 3nm 범위에서 상기 피크 파장을 추적할 수 있다.Most preferably, the wavelength tracking step (S510) is performed at a preset peak wavelength of the frequency tunable laser. The peak wavelength can be traced in the 3 nm range.
예컨대, 상기 파장 추적단계(S510)는 상기 주파수 가변 레이저의 기 설정된 파장이 520nm라면, 520nm를 기준으로 3nm 범위에서 상기 피크 파장을 추적할 수 있고, 상기 피크파장은 519.5nm, 520.1nm, 520.5nm 등일 수 있다. For example, in the wavelength tracking step ( S510 ), if the preset wavelength of the tunable laser is 520 nm, based on 520 nm The peak wavelength may be tracked in a range of 3 nm, and the peak wavelength may be 519.5 nm, 520.1 nm, 520.5 nm, or the like.
다음으로, 상기 파수 변환단계(S520)는 파수 변환부(420)에 의하여, 상기 피크 파장이 이용되어 상기 라만 스펙트럼의 모든 파장이 파수로 변환된 후 파수변환 스펙트럼이 생성된다. 상기 파수 변환단계(S520)는, 가장 바람직하게 하기 [수학식 1]로 상기 라만 스펙트럼의 모든 파장이 파수로 변환된다.Next, in the wavenumber conversion step ( S520 ), the peak wavelength is used by the
[수학식 1][Equation 1]
여기서, 상기 W는 파수이고, 상기 는 상기 파장 추적부(410)로부터 추적된 피크 파장이고, 상기 는 라만 스펙트럼의 모든 파장이다.where W is the wavenumber, is the peak wavelength tracked by the
예컨대, 상기 는 상기 파장 추적단계(S510)로부터 추적된 피크 파장인 520.1nm가 대입될 수 있고, 상기 는 상기 라만 스펙트럼의 모든 파장이 대입될 수 있다. 이에 따라, 상기 파수 변환단계(S520)는 상기 라만 스펙트럼의 모든 파장이 파수로 변환된 후 파수변환 스펙트럼이 생성될 수 있다. 이는 최초에 얻은 라만 스펙트럼이 파수변환 스펙트럼으로 보정되는 1차 보정이라고 할 수 있다.For example, the 520.1 nm, which is the peak wavelength tracked from the wavelength tracking step (S510), may be substituted for can be substituted for all wavelengths of the Raman spectrum. Accordingly, in the wavenumber conversion step ( S520 ), all wavelengths of the Raman spectrum are converted into wavenumbers, and then a wavenumber conversion spectrum may be generated. This can be said to be a primary correction in which the initially obtained Raman spectrum is corrected with a wavenumber transformation spectrum.
다음으로, 상기 위상변화 보정단계(S530)는 위치변화 보정부(430)에 의하여, 상기 파수변환 스펙트럼의 위상변화가 보정되도록 상기 피크 파장에 대한 파수가 보정인자로 얻어지고, 상기 파수변환 스펙트럼 내 각각의 파수에 상기 보정인자가 곱해져 보정 스펙트럼이 생성된다.Next, in the phase change correcting step (S530), the wave number for the peak wavelength is obtained as a correction factor so that the phase change of the wave number conversion spectrum is corrected by the position
여기서, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 고체 샘플에 대해 전원 주파수에 따른 보정인자를 얻기 위한 그래프이다.Here, FIG. 8 is a graph for obtaining a correction factor according to a power frequency for a solid sample according to an embodiment of the present invention.
도 8을 보면, 본 실험은 고체 샘플인 아트라센을 대상으로 하고, 상기 펄스 신호 공급단계(S100)는 전원 주파수를 0.05kHz부터 1000kHz 중 하나를 갖는 펄스 신호가 공급될 수 있다. 상기 펄스 신호 공급단계(S100)로부터 공급된 상기 펄스 신호의 전원 주파수가 0.05kHz인 경우 상기 파장 추적단계(S510)로부터 상기 피크 파장이 520.1nm로 추정될 수 있다. 그리고 상기 파수 변환단계(S520)는 상기 [수학식 1]에 상기 피크 파장과 상기 라만 스펙트럼에서 가장 마지막에 위치한 파장이 대입된 후 파수가 구해질 수 있고, 3124.8일 수 있다.Referring to FIG. 8 , the present experiment targets atracene, which is a solid sample, and in the pulse signal supply step ( S100 ), a pulse signal having one of a power frequency of 0.05 kHz to 1000 kHz may be supplied. When the power frequency of the pulse signal supplied from the pulse signal supply step S100 is 0.05 kHz, the peak wavelength may be estimated to be 520.1 nm from the wavelength tracking step S510. And in the wavenumber conversion step (S520), the wavenumber can be obtained after the peak wavelength and the last wavelength in the Raman spectrum are substituted in [Equation 1], 3124.8 can be
그리고 상기 펄스 신호 공급단계(S100)로부터 공급된 상기 펄스 신호의 전원 주파수가 1000kHz인 경우 상기 파장 추적단계(S510)는 상기 피크 파장이 519.5nm로 추정될 수 있다. 그리고 상기 파수 변환단계(S520)는 상기 [수학식 1]에 상기 피크 파장과 상기 라만 스펙트럼에서 가장 마지막에 위치한 파장이 대입된 후 파수가 구해질 수 있고, 3069일 수 있다.And when the power frequency of the pulse signal supplied from the pulse signal supply step S100 is 1000 kHz, the peak wavelength may be estimated to be 519.5 nm in the wavelength tracking step S510. And in the wavenumber conversion step (S520), the wavenumber can be obtained after the peak wavelength and the last wavelength in the Raman spectrum are substituted in [Equation 1], 3069 can be
이때, 상기 위상변화 보정단계(S530)는 상기 전원 주파수가 각각 0.05kHz와 1000kHz일 때, 상기 피크 파장의 차이값에 대한 상기 파수의 차이값이 9.3/0.1nm가 보정인자로 얻어질 수 있다. 즉, 상기 보정인자는 도 8과 같이 그래프의 기울기 값일 수 있다. At this time, in the phase change correction step (S530), when the power frequency is 0.05 kHz and 1000 kHz, respectively, the difference value of the wave number with respect to the difference value of the peak wavelength is 9.3 /0.1 nm can be obtained as a correction factor. That is, the correction factor may be a slope value of the graph as shown in FIG. 8 .
그리고 상기 위상변화 보정단계(S530)는 상기 파수변환 스펙트럼 내 각각의 파수에 상기 보정인자가 곱해져 보정 스펙트럼이 생성될 수 있다. In the phase change correction step ( S530 ), each wavenumber in the wavenumber conversion spectrum is multiplied by the correction factor to generate a correction spectrum.
즉, 상기 위상변화 보정단계(S530)는 이는 1차 보정 이후 파수변환 스펙트럼을 보정 스펙트럼으로 보정하는 2차 보정이라고 할 수 있다.That is, the phase change correction step ( S530 ) may be referred to as secondary correction in which the wavenumber conversion spectrum is corrected to the correction spectrum after the primary correction.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 고체 샘플에 대한 보정 스펙트럼을 표시한 그래프이다. 따라서 상기 위상변화 보정단계(S530)는 도 9와 같이 상기 펄스 신호의 듀티비(duty ratio) 또는 전원 주파수 중 하나에 따라 변화된 위상이 최종적으로 보정된 보정 스펙트럼이 얻어질 수 있다.9 is a graph showing a calibration spectrum for a solid sample according to an embodiment of the present invention. Accordingly, in the phase change correcting step (S530), as shown in FIG. 9 , a corrected spectrum in which a phase changed according to one of a duty ratio of the pulse signal or a power frequency is finally corrected can be obtained.
하기에서는 상기 펄스 신호의 듀티비(duty ratio) 또는 전원 주파수 중 하나 이상에 따라 상기 라만 스펙트럼에 위상변화가 발생되는지 확인해본다. 이에 따라 상기 라만 분광계(400)로부터 최초로 얻은 라만 스펙트럼에 적절한 보정이 필요하다는 당위성에 대해 설명하고자 한다. Hereinafter, it is checked whether a phase change occurs in the Raman spectrum according to one or more of a duty ratio of the pulse signal or a power frequency. Accordingly, the justification that appropriate correction is required for the Raman spectrum first obtained from the
실시예 1Example 1
실험 프로그램 및 방법Experimental program and method
상기 라만 스펙트럼에 듀티비(duty ratio)의 효과를 분석하기 위하여 상기 펄스 신호의 상기 전원 주파수를 100kHz로 고정하고, 듀티비(duty ratio)를 2 내지 40%로 변형시켜 라만 스펙트럼을 얻는다.In order to analyze the effect of the duty ratio on the Raman spectrum, the power frequency of the pulse signal is fixed to 100 kHz, and the duty ratio is changed to 2 to 40% to obtain a Raman spectrum.
상기 샘플은 액체 벤젠(99.5%)과 고체 안트라센(97%)이 사용되었다. 그리고 상기 전원부(100)의 작동전압은 액체 벤젠의 경우 8V, 고체 안트라센의 경우 7.4V로 설정되었고, 형광방출로 인한 포화문제는 8V에서 존재하는 것을 확인하였다. For the sample, liquid benzene (99.5%) and solid anthracene (97%) were used. In addition, the operating voltage of the
실험 결과Experiment result
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고체 및 액체 샘플에 대해 듀티비에 따른 라만 스펙트럼을 표시한 그래프이다. 도 6의 (a)를 보면, 고체 안트라센의 경우 상기 펄스 신호의 듀티비(duty ratio)가 2%에서 40%로 증가함에 따라 상기 형광방출 신호와 라만 신호의 강도가 모두 증가한 것을 알 수 있고, 형광방출 신호 강도에 대한 라만 신호 강도의 비율 역시 증가한 것을 알 수 있다.6 is a graph showing Raman spectra according to duty ratios for solid and liquid samples according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6 (a), in the case of solid anthracene, it can be seen that the intensity of both the fluorescence emission signal and the Raman signal increased as the duty ratio of the pulse signal increased from 2% to 40%, It can be seen that the ratio of the Raman signal intensity to the fluorescence emission signal intensity also increased.
도 6의 (b)는 대칭 호흡 진동 모드를 이용하여 상기 고체 안트라센의 주요 피크인 1403 파수를 기반으로 정규화(Normalization)하여 기준선을 조정한 후 얻은 라만 스펙트럼이다. 이에 따라, 상기 고체 안트라센의 경우 상기 펄스 신호의 듀티비(duty ratio)가 증가함에 따라 라만 신호는 증가하는 것을 알 수 있다.FIG. 6(b) is a Raman spectrum obtained after adjusting the baseline by normalization based on the 1403 wavenumber, which is the main peak of the solid anthracene, using a symmetric breathing vibration mode. Accordingly, in the case of the solid anthracene, it can be seen that the Raman signal increases as the duty ratio of the pulse signal increases.
다만, 본 실험에서 상기 펄스 신호의 듀티비(duty ratio)가 25% 이상으로 증가한 경우 상기 라만 스펙트럼 포화가 확인되었다. 일반적으로 라만 스펙트럼 포화 현상이 발생하면 라만 신호가 감지될 수는 있으나, 포화 범위가 증가함에 따라 라만 신호를 분석할 수 있는 범위가 감소하여 정확한 분석이 어려운 문제점이 있다. 이에 따라, 하기 실험부터는 상기 펄스 신호의 듀티비(duty ratio)가 2%에서 20% 범위 내에서 실험하기로 한다.However, in this experiment, when the duty ratio of the pulse signal increased to 25% or more, the Raman spectrum saturation was confirmed. In general, when Raman spectral saturation occurs, a Raman signal can be detected, but as the saturation range increases, the range over which the Raman signal can be analyzed decreases, making accurate analysis difficult. Accordingly, from the following experiment, the duty ratio of the pulse signal will be tested within the range of 2% to 20%.
다음으로, 도 6의 (c)를 보면, 상기 액체 벤젠의 경우 상기 펄스 신호의 듀티비(duty ratio)가 2%에서 20%로 증가함에 따라 상기 형광방출 신호와 라만 신호 모두 증가한 것을 알 수 있고, 형광방출 신호 강도에 대한 라만 신호 강도의 비율 역시 증가하는 것을 알 수 있다.Next, referring to FIG. 6C , in the case of the liquid benzene, it can be seen that both the fluorescence emission signal and the Raman signal increase as the duty ratio of the pulse signal increases from 2% to 20%, , it can be seen that the ratio of the Raman signal intensity to the fluorescence emission signal intensity also increases.
도 6의 (d)는 링-스트레칭 모드를 이용하여 상기 액체 벤젠의 주요 피크인 992 파수를 기반으로 정규화(Normalization)하여 기준선을 조정한 후 얻은 라만 스펙트럼이다. 이에 따라, 상기 액체 벤젠의 경우 상기 펄스 신호의 듀티비(duty ratio)가 증가함에 따라 라만 신호는 증가하는 것을 알 수 있다.FIG. 6( d ) is a Raman spectrum obtained after adjusting the baseline by normalization based on the 992 wavenumber, which is the main peak of the liquid benzene, using the ring-stretching mode. Accordingly, in the case of the liquid benzene, it can be seen that the Raman signal increases as the duty ratio of the pulse signal increases.
종합적으로, 상기 고체 안트라센 및 액체 벤젠을 샘플로 한 실험에 있어서, 상기 라만 스펙트럼에 대한 듀티비(duty ratio)의 효과는 상기 듀티비(duty ratio)가 일정 범위에서 증가함에 따라 라만 신호 역시 증가하는 것이 입증된다. 가장 바람직하게 상기 듀티비(duty ratio)는 상기 전원부(100)에 의하여 2 내지 20% 범위 이내에서 제어될 수 있다.Overall, in the experiments using the solid anthracene and liquid benzene as samples, the effect of the duty ratio on the Raman spectrum is that the Raman signal also increases as the duty ratio increases in a certain range. it is proven Most preferably, the duty ratio may be controlled within a range of 2 to 20% by the
실시예 2Example 2
실험 조건 및 방법Experimental conditions and methods
상기 라만 스펙트럼에 대한 전원 주파수의 효과를 분석하기 위하여 상기 펄스 신호의 듀티비(duty ratio)를 20%로 고정하고, 상기 전원 주파수를 0.05kHz-1MHz로 변경시켜 라만 스펙트럼을 얻는다. 그리고 적분시간 20,000ms에서 3개의 스펙트럼을 평균하여 라만 스펙트럼을 얻는다.In order to analyze the effect of the power frequency on the Raman spectrum, the duty ratio of the pulse signal is fixed at 20%, and the power frequency is changed to 0.05 kHz-1MHz to obtain a Raman spectrum. Then, a Raman spectrum is obtained by averaging three spectra at an integration time of 20,000 ms.
상기 샘플은 액체 벤젠(99.5%)과 고체 안트라센(97%)이 사용되었다. 그리고 상기 전원부(100)의 작동전압은 액체 벤젠의 경우 8V, 고체 안트라센의 경우 7.4V로 설정되었고, 형광방출로 인한 포화문제는 8V에서 존재하는 것을 확인하였다. For the sample, liquid benzene (99.5%) and solid anthracene (97%) were used. In addition, the operating voltage of the
실험 결과Experiment result
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고체 및 액체 샘플에 대해 전원 주파수에 따른 라만 스펙트럼을 표시한 그래프이다. 도 7의 (a)를 보면, 고체 안트라센의 경우 상기 전원 주파수가 0.05kHz에서 1MHz로 증가함에 따라 라만 피크 신호의 강도가 감소한다.7 is a graph showing Raman spectra according to power frequency for solid and liquid samples according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7A , in the case of solid anthracene, the intensity of the Raman peak signal decreases as the power frequency increases from 0.05 kHz to 1 MHz.
도 7의 (b)는 대칭 호흡 진동 모드를 이용하여 상기 고체 안트라센의 주요 피크인 1403 파수를 기반으로 정규화(Normalization)하여 기준선을 조정한 후 얻은 라만 스펙트럼이다. 고체 안트라센의 경우 상기 전원 주파수가 0.05kHz에서 1MHz로 증가함에 따라 형광방출 신호 강도에 대한 라만 피크 신호 강도 비율 역시 감소하는 것을 알 수 있다.7 (b) is a Raman spectrum obtained after adjusting the baseline by normalization based on the 1403 wavenumber, which is the main peak of the solid anthracene, using a symmetric breathing vibration mode. In the case of solid anthracene, it can be seen that the ratio of the Raman peak signal intensity to the fluorescence emission signal intensity also decreases as the power frequency increases from 0.05 kHz to 1 MHz.
다만, 도 7의 (c)를 보면, 액체 벤젠의 경우 상기 전원 주파수가 0.05kHz에서 1MHz로 증가함에 따라 라만 피크 신호의 강도가 일정하게 증가하거나 감소하는 경향을 보이지 않고 다양하게 변하는 모습을 보인다.However, referring to (c) of FIG. 7 , in the case of liquid benzene, the intensity of the Raman peak signal does not show a constant increase or decrease trend as the power frequency increases from 0.05 kHz to 1 MHz, but shows various changes.
도 7의 (d)를 보면, 상기 전원 주파수가 100kHz 이하일 경우 형광방출 신호에 대한 라만 피크 신호 비율은 증가하고, 100kHz를 초과하면 형광방출 신호에 대한 라만 피크 신호 비율은 다시 감소하는 것을 알 수 있다.Referring to (d) of FIG. 7, when the power frequency is 100 kHz or less, the ratio of the Raman peak signal to the fluorescence emission signal increases, and when it exceeds 100 kHz, it can be seen that the ratio of the Raman peak signal to the fluorescence emission signal decreases again. .
이는 상기 액체 벤젠의 형광방출 신호에 대한 라만 피크 신호 비율은 상기 고체 안트라센과 비교하여 라만 산란 수명 및 형광방출의 영향을 받기 때문에 상기 전원 주파수가 증가함에 따라 형광방출을 효과적으로 억제하기 때문이다. This is because the ratio of the Raman peak signal to the fluorescence emission signal of the liquid benzene is affected by the Raman scattering lifetime and fluorescence emission compared to the solid anthracene, and thus fluorescence emission is effectively suppressed as the power frequency increases.
종합적으로, 상기 고체 안트라센 및 액체 벤젠을 샘플로 한 실험에 있어서, 상기 라만 스펙트럼에 대한 전원 주파수의 효과는 상기 전원 주파수가 일정 범위에서 증가함에 따라 라만 신호는 감소한다. 가장 바람직하게 상기 전원 주파수는 상기 전원부(100)에 의하여 0.05kHz 내지 100kHz 범위 이내에서 제어될 수 있다.Overall, in the experiments using the solid anthracene and liquid benzene as samples, the effect of the power frequency on the Raman spectrum is that the Raman signal decreases as the power frequency increases in a certain range. Most preferably, the power frequency may be controlled within the range of 0.05 kHz to 100 kHz by the
상기 실시예 1 내지 2에 의하면, 상기 라만 프로브(300) 내 레이저 다이오드(310)는 직류 전원에서 동작하므로 이론적으로 상기 전원부(100)의 전압과 전류로 인해 상기 레이저 다이오드(310)로부터 방출되는 빛의 파장의 변화가 없지만, 실질적으로 상기 펄스 신호의 듀티비(duty ratio) 또는 전원 주파수 중 하나 이상에 따라 상기 라만 스펙트럼의 위상변화가 발생되는 것이 입증된다. According to the first and second embodiments, since the
또한, 상기 라만 분광계(400)는 상기 라만 스펙트럼을 보정할 경우 듀티비(duty ratio)를 낮추고 전원 주파수를 증가시키는 것이 상기 라만 스펙트럼의 정확도를 높이는데 유리할 수 있다. 그중에서도 일정 범위 내에서 전원 주파수를 증가시키는 것이 듀티비(duty ratio)를 낮추는 것보다 상기 라만 스펙트럼의 정확도를 높이는데 더 효과적이다. In addition, when the
또한, 상기 샘플은 고체 샘플보다 액체 샘플이 상기 펄스 신호의 듀티비(duty ratio) 또는 전원 주파수의 변화에 더욱 민감하다.In addition, the liquid sample is more sensitive to a change in the duty ratio of the pulse signal or the power supply frequency than the solid sample.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible from the above description by those skilled in the art. For example, the described techniques are performed in an order different from the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.
그러므로 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
100.. 전원부
200.. 전원 증폭부
300.. 라만 프로브
310.. 레이저 다이오드
320.. 볼록렌즈
330.. 반사거울
340.. 샘플홀더
350.. 오목렌즈
360.. 경로조정 코일
370.. 라만필터
380.. 집광렌즈
390.. 광섬유
400.. 라만 분광계
410.. 파장 추적부
420.. 파수 변환부
430.. 위상변화 보정부100.. power supply
200.. Power Amplifier
300.. Raman probe
310.. Laser Diode
320. convex lens
330. Reflective Mirror
340. sample holder
350.. concave lens
360.. Routing Coil
370. Raman filter
380.. condensing lens
390. Fiber Optic
400.. Raman Spectrometer
410.. Wavelength Tracker
420. Wavenumber conversion part
430. Phase change correction unit
Claims (7)
상기 펄스 신호를 증폭하는 전원 증폭부;
상기 전원 증폭부로부터 증폭된 펄스 신호가 입력되면 샘플에 주파수 가변 다이오드 레이저를 조사하여 라만 산란광을 생성하는 라만 프로브; 및
상기 라만 산란광을 분광하여 라만 스펙트럼을 생성하고, 상기 펄스 신호의 듀티비(duty ratio) 또는 전원 주파수 중 하나 이상에 따라 위상이 변화된 상기 라만 스펙트럼을 보정하는 라만 분광계; 를 포함하고,
상기 라만 분광계는,
상기 라만 스펙트럼으로부터 상기 주파수 가변 다이오드 레이저의 피크 파장을 추적하는 파장 추적부;
상기 피크 파장을 이용하여 상기 라만 스펙트럼의 파장을 파수로 변환한 후 파수변환 스펙트럼을 생성하는 파수 변환부; 및
상기 파수변환 스펙트럼의 위상변화를 보정하도록 상기 피크 파장에 대한 파수를 보정인자로 얻고, 상기 파수변환 스펙트럼 내 각각의 파수에 상기 보정인자를 곱하여 보정 스펙트럼을 생성하는 위상변화 보정부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 전원에 따른 주파수 가변 다이오드 레이저를 이용한 라만 분광 시스템.a power supply unit for supplying a pulse signal;
a power amplifier for amplifying the pulse signal;
a Raman probe for generating Raman scattered light by irradiating a frequency-tunable diode laser to the sample when the amplified pulse signal is input from the power amplifier; and
a Raman spectrometer that generates a Raman spectrum by spectroscopy of the Raman scattered light, and corrects the Raman spectrum whose phase is changed according to at least one of a duty ratio of the pulse signal and a power frequency; including,
The Raman spectrometer is
a wavelength tracking unit for tracking a peak wavelength of the frequency tunable diode laser from the Raman spectrum;
a wavenumber converter for converting a wavelength of the Raman spectrum to a wavenumber using the peak wavelength and then generating a wavenumber conversion spectrum; and
a phase change correcting unit for obtaining a wavenumber for the peak wavelength as a correction factor to correct a phase change of the wavenumber conversion spectrum, and generating a correction spectrum by multiplying each wavenumber in the wavenumber conversion spectrum by the correction factor; Raman spectroscopy system using a frequency-tunable diode laser according to the pulse power comprising a.
상기 파수 변환부는,
하기 [수학식 1]로 상기 라만 스펙트럼의 파장을 파수로 변환하는 것을 특징으로 하는 펄스 전원에 따른 주파수 가변 다이오드 레이저를 이용한 라만 분광 시스템.
[수학식 1]
여기서, 상기 W는 파수이고, 상기 는 상기 파장 추적부로부터 추적된 피크 파장이고, 상기 는 상기 라만 스펙트럼의 파장이다.The method of claim 1,
The wavenumber conversion unit,
Raman spectroscopy system using a frequency tunable diode laser according to pulse power, characterized in that the wavelength of the Raman spectrum is converted into a wave number by the following [Equation 1].
[Equation 1]
where W is the wavenumber, is the peak wavelength tracked from the wavelength tracking unit, and is the wavelength of the Raman spectrum.
상기 라만 프로브는,
상기 펄스 신호에 따라 가변된 주파수를 갖는 여기광을 방출하는 레이저 다이오드;
상기 여기광이 초점에 수렴하도록 하는 볼록렌즈;
상기 볼록렌즈로부터 수렴된 상기 여기광이 입사하면 입사각과 동일한 크기를 갖는 반사각으로 반사하는 반사거울;
상기 반사거울로부터 반사된 상기 여기광이 상기 샘플에 입사되도록 샘플을 고정하는 샘플홀더;
상기 샘플홀더에 고정된 샘플로부터 반사된 상기 여기광을 발산하는 오목렌즈;
상기 오목렌즈 말단에 한 쌍으로 구비되고, 상기 오목렌즈를 상하좌우로 움직여 상기 여기광의 경로를 조정하는 경로조정 코일;
상기 경로조정 코일로부터 경로가 조정된 상기 여기광이 입사되면 라만효과를 이용하여 상기 라만 산란광을 생성하는 라만필터;
상기 라만 산란광을 집광하는 집광렌즈; 및
집광된 상기 라만 산란광을 상기 라만 분광계로 이동하도록 하는 광섬유;를 포함하는 펄스 전원에 따른 주파수 가변 다이오드 레이저를 이용한 라만 분광 시스템.The method of claim 1,
The Raman probe is
a laser diode that emits excitation light having a variable frequency according to the pulse signal;
a convex lens for converging the excitation light to a focal point;
a reflective mirror that reflects the excitation light converged from the convex lens at a reflection angle having the same magnitude as the incident angle;
a sample holder for fixing the sample so that the excitation light reflected from the reflection mirror is incident on the sample;
a concave lens emitting the excitation light reflected from the sample fixed to the sample holder;
a path adjusting coil provided as a pair at the distal end of the concave lens and adjusting the path of the excitation light by moving the concave lens up, down, left and right;
a Raman filter for generating the Raman scattered light using a Raman effect when the excitation light whose path has been adjusted is incident from the path adjustment coil;
a condensing lens for condensing the Raman scattered light; and
A Raman spectroscopy system using a frequency tunable diode laser according to a pulsed power supply comprising a; optical fiber for moving the focused Raman scattered light to the Raman spectrometer.
전원 증폭부에 의하여, 상기 펄스 신호가 증폭되는 펄스 신호 증폭단계;
라만 프로브에 의하여, 상기 펄스 신호 증폭단계로부터 증폭된 펄스 신호가 입력되면 샘플에 주파수 가변 다이오드 레이저가 조사되고 라만 산란광이 생성되는 라만 산란광 생성단계; 및
라만 분광계에 의하여, 상기 라만 산란광에 대한 라만 스펙트럼이 생성되는 라만 스펙트럼 생성단계;
상기 라만 분광계에 의하여, 상기 펄스 신호의 듀티비(duty ratio) 또는 전원 주파수 중 하나에 이상에 따라 위상이 변화된 상기 라만 스펙트럼이 보정되는 라만 스펙트럼 보정단계; 를 포함하고,
상기 라만 스펙트럼 보정단계는,
파장 추적부에 의하여, 상기 라만 스펙트럼으로부터 상기 주파수 가변 다이오드 레이저의 피크 파장이 추적되는 파장 추적단계;
파수 변환부에 의하여, 상기 피크 파장이 이용되어 상기 라만 스펙트럼의 파장이 파수로 변환된 후 파수변환 스펙트럼이 생성되는 파수 변환단계; 및
위상변화 보정부에 의하여, 상기 파수변환 스펙트럼의 위상변화가 보정되도록 상기 피크 파장에 대한 파수가 보정인자로 얻어지고, 상기 파수변환 스펙트럼 내 각각의 파수에 상기 보정인자가 곱해져 보정 스펙트럼이 생성되는 위상변화 보정단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 전원에 따른 주파수 가변 다이오드 레이저를 이용한 라만 분광 시스템의 제어방법.a pulse signal supply step in which a pulse signal is supplied by the power supply unit;
a pulse signal amplifying step in which the pulse signal is amplified by a power amplifier;
a Raman scattered light generating step of irradiating a frequency-tunable diode laser to a sample and generating Raman scattered light when the pulse signal amplified from the pulse signal amplifying step is input by the Raman probe; and
a Raman spectrum generating step of generating a Raman spectrum for the Raman scattered light by a Raman spectrometer;
a Raman spectrum correction step of correcting, by the Raman spectrometer, the Raman spectrum whose phase is changed according to one or more of a duty ratio of the pulse signal or a power frequency; including,
The Raman spectrum correction step is
a wavelength tracking step in which a peak wavelength of the frequency tunable diode laser is tracked from the Raman spectrum by a wavelength tracking unit;
a wavenumber conversion step of generating a wavenumber conversion spectrum after the peak wavelength is used by the wavenumber conversion unit to convert the wavelength of the Raman spectrum to a wavenumber; and
By the phase change compensator, the wave number for the peak wavelength is obtained as a correction factor so that the phase change of the wave number conversion spectrum is corrected, and a correction spectrum is generated by multiplying each wave number in the wave number conversion spectrum by the correction factor phase change correction step; A control method of a Raman spectroscopy system using a frequency-tunable diode laser according to pulse power, comprising:
상기 파수 변환단계는,
하기 [수학식 1]로 상기 라만 스펙트럼의 파장이 파수로 변환되는 것을 특징으로 하는 펄스 전원에 따른 주파수 가변 다이오드 레이저를 이용한 라만 분광 시스템의 제어방법.
[수학식 1]
여기서, 상기 W는 파수이고, 상기 는 상기 파장 추적부로부터 추적된 피크 파장이고, 상기 는 상기 라만 스펙트럼의 파장이다.6. The method of claim 5,
The wavenumber conversion step is
A control method of a Raman spectroscopy system using a frequency tunable diode laser according to pulse power, characterized in that the wavelength of the Raman spectrum is converted to a wavenumber by the following [Equation 1].
[Equation 1]
where W is the wavenumber, is the peak wavelength tracked from the wavelength tracking unit, and is the wavelength of the Raman spectrum.
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