KR101394219B1 - Method of trace gas analysis and apparatus performing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 분광 장치는 레이저 광원, 공진기 및 광 스위치를 포함한다. 상기 분광 장치는 상기 공진기에 입력 레이저를 제공하는 레이저 광원, 복수의 거울들 중 특정 거울을 탑재한 피에조에 특정 파형의 전압이 인가되면, 상기 특정 거울을 이동시키면서 상기 공진기의 공명 주파수가 해당하는 상기 입력 레이저의 주파수를 추적하도록 하는 공진기 및 상기 공진기의 공명 주파수와 상기 입력 레이저의 주파수가 일치될 때 상기 피에조에 인가되는 전압 값을 고정시키고, 광 스위치를 이용하여 입력 레이저를 차단하고 상기 공진기의 감쇠신호를 획득하고 분석하는 장치를 포함한다. A spectroscopic device according to an embodiment of the present invention includes a laser light source, a resonator, and an optical switch. Wherein the spectroscopic device comprises a laser light source for providing an input laser to the resonator, and a resonator having a resonance frequency corresponding to the resonance frequency of the resonator while moving the specific mirror when a voltage of a specific waveform is applied to a piezo- A resonator for tracking the frequency of the input laser, and a voltage value applied to the piezo when the resonance frequency of the resonator coincides with the frequency of the input laser, And a device for acquiring and analyzing the signal.
Description
본 발명의 실시예들은 극미량 가스 분석 방법 및 이를 실행하는 분광 장치 에 관한 것이다.
Embodiments of the present invention relate to a method for analyzing trace gas and a spectroscopic apparatus for performing the method.
극미량 가스분석은 농도가 ppm(parts per million)급 이하인 가스의 종류 및 농도를 분석하는 기술이며, 이러한 분석기법은 환경, 국방, 안전, 식품위생, 의료, 산업공정모니터링 등 많은 산업분야에서 필수적인 기술로 간주되고 있다. 지금까지 소개된 대표적인 분석기법들은 화학적 분석기법(크로마토그래피), 전기화학센서, 레이저분광기법 등이 있다. 분석기법들 중 레이저분광기법은 감도가 가장 우수하고, 실시간 분석이 가능하여 가장 유망한 분석방법으로 알려져 있다. 하지만, 레이저분광분석법은 높은 감도를 구현하기 위해서 기술적 요구사항이 너무 많이 요구되기 때문에 아직까지 산업현장에서 광범위하게 활용되고 있지 않다.
Trace gas analysis is a technique for analyzing the types and concentrations of gases having a concentration of less than parts per million (ppm). This analysis technique is essential for many industries such as environment, defense, safety, food hygiene, . Representative analytical techniques that have been introduced so far include chemical analysis techniques (chromatography), electrochemical sensors, and laser spectroscopy techniques. Laser spectroscopy is one of the most promising analytical methods because it has the highest sensitivity and real - time analysis. However, laser spectroscopy has not been widely used in the industrial field because it requires too much technical requirement to realize high sensitivity.
본 발명의 일 실시예는 공진기에 있는 복수의 거울들을 광축을 기준으로 특정 각도만큼 기울어지도록 함으로써, 레이저 광원에 의한 입력 레이저 중 제1 거울에 의해 반사되어 레이저 광원으로 되돌아가는 반사광과 제1 거울을 통과하여 상기 레이저 광원으로 되돌아가는 공진기 모드의 일부를 공간적으로 분리하여 레이저 광원으로 되돌아가도록 하는 극미량 가스 분석 방법 및 이를 실행하는 분광 장치를 제공하고자 한다.In an embodiment of the present invention, a plurality of mirrors in a resonator are inclined at a specific angle with respect to an optical axis, so that reflected light reflected by the first mirror of the input laser by the laser light source and returned to the laser light source, And returning to the laser light source a part of the resonator mode which passes through the resonator mode and returns to the laser light source. The present invention also provides a spectroscopic apparatus for performing the method.
본 발명의 일 실시예는 특정 파형을 갖는 전압의 인가에 따라 복수의 거울들 중 특정 거울을 이동시키면서 공진기의 공명 주파수가 입력 레이저의 주파수를 추적함에 따라 빠른 반복률로, 입력 레이저의 주파수와 공진기의 공명 주파수의 충분한 교차 시간을 확보할 수 있는 극미량 가스 분석 방법 및 이를 실행하는 분광 장치를 제공하고자 한다.In one embodiment of the present invention, as the resonance frequency of the resonator tracks the frequency of the input laser while moving a specific one of the plurality of mirrors according to the application of a voltage having a specific waveform, the frequency of the input laser and the resonance frequency A method of analyzing a very small amount of gas capable of ensuring a sufficient crossing time of the resonance frequency and a spectroscopic apparatus for implementing the method.
본 발명의 일 실시예는 레이저 주파수가 공진기 공명 주파수에 일치될 때 레이저 주파수가 공진기 공명 주파수에 자동으로 잠기어 공진기 내부에 충분히 큰 세기의 빛이 형성되고, 이를 통해 신호 대 잡음 비가 충분히 큰 감쇠 신호를, 큰 신호 획득률을 가지면서도 안정적으로 획득할 수 있는 극미량 가스 분석 방법 및 이를 실행하는 분광 장치를 제공하고자 한다.
In one embodiment of the present invention, when the laser frequency is matched to the resonator resonance frequency, the laser frequency is automatically latched to the resonator resonance frequency, so that light of a sufficiently high intensity is formed inside the resonator, Gas analyzing method capable of stably obtaining a gas having a large signal acquisition rate, and a spectroscopic apparatus for performing the method.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problem (s), and another problem (s) not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
실시예들 중에서, 분광 장치는 레이저 광원, 공진기 및 광 스위치를 포함한다. 상기 분광 장치는 상기 공진기에 입력 레이저를 제공하는 레이저 광원, 복수의 거울들 중 특정 거울을 탑재한 피에조에 특정 파형의 전압이 인가되면, 상기 특정 거울을 이동시키면서 상기 공진기의 공명 주파수가 해당하는 상기 입력 레이저의 주파수를 추적하는 공진기 및 상기 공진기의 공명 주파수가 상기 입력 레이저의 주파수에 일치될 때 상기 입력 레이저를 차단하는 광 스위치를 포함한다.Among the embodiments, the spectroscopic device includes a laser light source, a resonator, and an optical switch. Wherein the spectroscopic device comprises a laser light source for providing an input laser to the resonator, and a resonator having a resonance frequency corresponding to the resonance frequency of the resonator while moving the specific mirror when a voltage of a specific waveform is applied to a piezo- A resonator for tracking the frequency of the input laser and an optical switch for blocking the input laser when the resonance frequency of the resonator matches the frequency of the input laser.
일 실시예에서, 상기 분광 장치는 입력 레이저를 차단함과 동시에 상기 공진기에 발생하는 감쇠 신호를 획득하여 분석하는 광 검출기를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the spectroscopic device may further comprise a photodetector for acquiring and analyzing an attenuation signal generated in the resonator while blocking the input laser.
일 실시예에서, 상기 복수의 거울들은 상기 입력 레이저 중 반사된 제1 반사광 및 제2 반사광을 공간적으로 분리시킬 수 있다.In one embodiment, the plurality of mirrors may spatially separate the first reflected light and the second reflected light of the input laser.
일 실시예에서, 제1 반사광은 상기 복수의 거울들 중 제1 거울에 의해 반사되어 상기 레이저 광원으로 되돌아가는 반사광이고, 상기 제2 반사광은 상기 제1 거울을 통과하여 상기 레이저 광원으로 되돌아가는 상기 공진기의 공명 주파수 중 일부일 수 있다.In one embodiment, the first reflected light is reflected light reflected by the first mirror of the plurality of mirrors and returned to the laser light source, and the second reflected light passes through the first mirror to return to the laser light source. It may be part of the resonant frequency of the resonator.
일 실시예에서, 상기 공진기는 상기 복수의 거울들의 개수 및 종류 중 적어도 하나에 따라 선형 공진기 또는 V-형 공진기 중 적어도 하나의 공진기로 사용될 수 있다.In one embodiment, the resonator may be used as at least one of a linear resonator or a V-shaped resonator depending on at least one of the number and type of the plurality of mirrors.
일 실시예에서, 상기 선형 공진기는 광축을 중심으로 서로 다른 각도만큼 기울어진 서로 마주보는 두 개의 거울들을 포함할 수 있다.In one embodiment, the linear resonator may include two opposing mirrors that are inclined at different angles about the optical axis.
일 실시예에서, 상기 V-형 공진기는 상기 공진기의 길이와 동일한 곡률반경을 가지는 두 개의 거울을 포함할 수 있다.In one embodiment, the V-shaped resonator may comprise two mirrors having the same radius of curvature as the length of the resonator.
일 실시예에서, 상기 V-형 공진기는 상기 광 스위치가 광음향 변조기인 경우 상기 제1 반사광을 상기 레이저 광원에 제공하기 위한 1 개의 평면 거울을 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the V-shaped resonator may further comprise a plane mirror for providing the first reflected light to the laser light source when the optical switch is a photoacoustic modulator.
일 실시예에서, 상기 피에조는 상기 레이저 광원의 반파장 이상의 거리만큼 상기 특정 거울을 이동시킬 수 있다.In one embodiment, the piezo may move the particular mirror by a distance greater than a half wavelength of the laser light source.
일 실시예에서, 상기 특정 파형의 전압은 시간에 따라 진폭은 증가하고 주파수는 감소하도록 하는 특정 함수에 의한 전압과 상기 특정 파형의 전압이 인가되기 직전까지 상기 피에조에 인가된 전압의 합에 의해 결정될 수 있다.In one embodiment, the voltage of the particular waveform is determined by the sum of the voltage due to the specific function that causes the amplitude to increase with time and the frequency to decrease and the voltage applied to the piezo just before the voltage of the particular waveform is applied .
실시예들 중에서, 레이저 광원, 공진기 및 광 스위치를 포함하는 분광 장치에서 실행되는 극미량 가스 분석 방법은 복수의 거울들 중 특정 거울을 탑재한 피에조에 특정 파형의 전압이 인가되면, 상기 특정 거울을 이동시키면서 상기 공진기의 공명 주파수를 상기 레이저 광원의 주파수에 일치시키는 추적 단계, 상기 공진기의 공명 주파수와 상기 입력 레이저의 주파수가 일치될 때 상기 피에조에 인가되는 전압을 고정시키고 입력 레이저를 차단하는 단계 및 상기 공진기 감쇠 신호를 획득하여 분석하는 단계를 포함한다.Among the embodiments, a method of analyzing a trace gas, which is performed in a spectroscope including a laser light source, a resonator, and an optical switch, is a method in which when a voltage of a specific waveform is applied to a piezo- A step of keeping the resonance frequency of the resonator coincident with the frequency of the laser light source while making the resonance frequency of the resonator coincide with the frequency of the laser light source, And acquiring and analyzing the resonator attenuation signal.
일 실시예에서, 상기 공진기의 공명 주파수가 상기 입력 레이저의 주파수를 추적하는 단계는 상기 레이저 광원의 반파장 이상의 거리만큼 상기 특정 거울을 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of tracking the frequency of the input laser with the resonant frequency of the resonator may further comprise moving the specific mirror by a distance greater than a half wavelength of the laser light source.
일 실시예에서, 상기 복수의 거울들은 광축을 중심으로 서로 다른 각도만큼 기울어진 서로 마주보는 두 개의 거울들을 포함할 수 있다.In one embodiment, the plurality of mirrors may include two opposing mirrors that are inclined at different angles about an optical axis.
일 실시예에서, 상기 복수의 거울들은 상기 입력 레이저 중 반사된 제1 반사광 및 제2 반사광을 공간적으로 분리시킬 수 있다.In one embodiment, the plurality of mirrors may spatially separate the first reflected light and the second reflected light of the input laser.
일 실시예에서, 제1 반사광은 상기 복수의 거울들 중 제1 거울에 의해 반사되어 상기 레이저 광원으로 되돌아가는 반사광이고, 상기 제2 반사광은 상기 제1 거울을 통과하여 상기 레이저 광원으로 되돌아가는 상기 공진기의 공진 주파수 중 일부일 수 있다.In one embodiment, the first reflected light is reflected light reflected by the first mirror of the plurality of mirrors and returned to the laser light source, and the second reflected light passes through the first mirror to return to the laser light source. May be part of the resonant frequency of the resonator.
일 실시예에서, 상기 복수의 거울들은 광음향 변조기에 의해 광 스위칭이 수행되는 경우 상기 제1 반사광을 상기 레이저 광원에 제공하기 위한 1 개의 평면 거울을 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the plurality of mirrors may further comprise a flat mirror for providing the first reflected light to the laser light source when optical switching is performed by a photoacoustic modulator.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.The details of other embodiments are included in the detailed description and the accompanying drawings.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and / or features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 공진기에 있는 복수의 거울들을 광축을 기준으로 특정 각도만큼 미세하게 기울어지도록 함으로써, 레이저 광원에 의한 입력 레이저 중 제1 거울에 의해 반사되어 레이저 광원으로 되돌아가는 반사광과 제1 거울을 통과하여 상기 레이저 광원으로 되돌아가는 공진기 모드의 일부를 공간적으로 분리하여 레이저 광원으로 되돌아가도록 하는 극미량 가스 분석 방법 및 이를 실행하는 분광 장치를 제공하고자 한다.According to an embodiment of the present invention, a plurality of mirrors in a resonator are finely tilted with respect to an optical axis by a specific angle, so that reflected light reflected by the first mirror of the input laser by the laser light source and returned to the laser light source The present invention is to provide a method for analyzing a trace amount of gas and a spectroscopic apparatus for performing the same, wherein a part of the resonator mode passing through the first mirror and returning to the laser light source is spatially separated and returned to the laser light source.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 특정 파형의 전압을 인가하여 복수의 거울들 중 특정 거울을 이동시킴으로써 빠른 반복률로 입력 레이저의 주파수와 공진기의 공명 주파수의 충분한 교차 시간을 확보할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by applying a voltage of a specific waveform to move a specific mirror among a plurality of mirrors, a sufficient intersection time between the frequency of the input laser and the resonance frequency of the resonator can be secured at a high repetition rate.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 공진기의 공명 주파수가 레이저 광원의 주파수에 일치될 때 레이저 주파수가 공진기의 공명 주파수에 자동으로 잠기게 되므로 신호 대 잡음 비가 충분히 큰 감쇠 신호를 높은 반복률을 가지고 안정적으로 획득할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, when the resonance frequency of the resonator coincides with the frequency of the laser light source, the laser frequency is automatically locked to the resonance frequency of the resonator, so that the attenuation signal having a sufficiently high signal- Can be obtained.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 장치를 설명하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 분광 장치를 설명하는 블록도이다.
도 3은 도 1에 있는 공진기에서 감쇠 신호가 발생하는 것을 설명하는 도면이다.
도 4는 도 1의 공진기를 설명하는 도면이다.
도 5는 도 1의 피에조에 인가되는 전압을 설명하는 그래프이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 장치를 이용하여 극미량 에탄 가스에 대한 고감도 스펙트럼을 획득한 결과를 나타내는 그래프이다.1 is a block diagram illustrating a spectroscopic apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a spectroscope according to another embodiment of the present invention.
Fig. 3 is a view for explaining generation of an attenuation signal in the resonator in Fig.
4 is a view for explaining the resonator of Fig.
5 is a graph illustrating a voltage applied to the piezo of FIG.
FIGS. 6 and 7 are graphs showing a result of obtaining a high sensitivity spectrum for trace amount of ethane gas using a spectroscope according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 분광 장치는 레이저분광분석법 중 하나인 공진기 감쇠 분광법(Cavity Ring Down Spectroscopy: CRDS)에 기반한다. CRDS를 이용한 가스 스펙트럼 획득 과정은 다음과 같다. 먼저, 레이저 광원에 의한 입력 레이저는 고반사율(R>99.9%) 거울쌍으로 구성된 공진기로 입사된다. 공진기 내부에 포획된 레이저는 거울의 낮은 투과도에 의해 매우 천천히 밖으로 스며 나오게 된다. 하지만, 공진기 내부에 특정한 가스가 존재하면, 공진기에 포획된 특정 파장의 레이저는 공진기 내부에 존재하는 가스의 흡수효과에 의해 감쇠시간이 짧아진다. 가스의 흡수 스펙트럼을 측정하기 위하여 레이저 광원의 주파수를 바꿔가면서 감쇠시간을 측정하는 경우, 파장에 매우 둔감한 거울의 반사율과 달리 가스의 흡수는 감쇠시간의 변화에 많은 영향을 준다. The spectrometer of the present invention is based on Cavity Ring Down Spectroscopy (CRDS), which is one of the laser spectroscopy methods. The process of obtaining the gas spectrum using CRDS is as follows. First, an input laser by a laser light source is incident on a resonator composed of a pair of high reflectance (R> 99.9%) mirrors. The laser trapped inside the resonator is very slowly exuded out of the mirror due to the low transmittance of the mirror. However, if a specific gas is present inside the resonator, the attenuation time of the laser of a specific wavelength trapped by the resonator is shortened by the absorption effect of the gas existing in the resonator. When the attenuation time is measured while changing the frequency of the laser light source to measure the absorption spectrum of the gas, absorption of the gas greatly affects the change of the attenuation time, unlike the reflectance of the mirror which is very insensitive to the wavelength.
공진기 내부에 포획된 레이저는 공진기를 빠져나올 때까지 평균적으로 수 km(이상)에 이르는 경로만큼 공진기 내부에서 왕복운동을 하므로, 공진기 내 가스의 흡수계수가 매우 작더라도 공진기의 감쇠시간은 유효한 크기의 변화를 겪게 된다. 이것이 CRDS의 분석감도가 매우 높은 주요 이유이다.Since the laser trapped inside the resonator reciprocates within the resonator by a path of several km (or more) on average until it exits the resonator, even if the absorption coefficient of the gas in the resonator is very small, Change. This is a major reason for the high sensitivity of CRDS analysis.
CRDS를 위한 광원으로 펄스 레이저 중 연속발진 레이저 중 적어도 하나를 선택할 수 있으나, 최근에는 분광장치의 소형화가 가능하고, 높은 감도 구현에 용이하기 때문에 연속발진 레이저가 많이 활용되고 있다. 본 발명은 연속발진 레이저를 이용한 CW-CRDS에 관한 것이다.At least one of the pulsed lasers can be selected as the light source for the CRDS. However, in recent years, since the spectroscopic apparatus can be downsized and high sensitivity can be easily realized, continuous oscillation lasers are widely used. The present invention relates to a CW-CRDS using a continuous oscillation laser.
높은 감도를 위해서는 공진기 감쇠시간이 길고, 신호 대 잡음비가 높아야 하는데, 특히, 높은 S/N 비를 위해서는 입력 레이저의 주파수가 공진기의 공명 주파수에 충분히 오랜 시간(감쇠시간 수준) 동안 일치되어야 한다. 그런데, 반사율이 매우 큰 거울을 사용한 공진기에서는 흔히 레이저의 주파수 선폭이 공진기의 공명 주파수 선폭보다 훨씬 좁지만 레이저의 주파수가 공진기 공명 주파수의 선폭보다 매우 큰 범위에서 빠르게 요동하기 때문에 특별한 장치를 사용하지 않고서는 S/N 비가 높은 감쇠신호를 얻을 수 없다.For high sensitivity, the resonator decay time must be long and the signal to noise ratio must be high. In particular, for high S / N ratios, the frequency of the input laser must match the resonant frequency of the resonator for a sufficiently long time (decay time level). However, in a resonator using a mirror having a very high reflectance, the frequency linewidth of the laser is often narrower than the resonance frequency linewidth of the resonator. However, since the frequency of the laser oscillates rapidly in a range much larger than the line width of the resonator resonance frequency, The attenuation signal having a high S / N ratio can not be obtained.
기존에는 S/N 비가 높은 공진기 감쇠신호를 획득하기 위해서, 피드백 전자회로와 전광소자 등을 이용하여 입력 레이저의 주파수를 공진기의 공명 주파수에 긴 시간 동안 일치시키는 서보-잠금 방식을 많이 이용해 왔다. 하지만, 이러한 경우 피드백 전자회로, 레이저 주파수 변조장치 등과 같은 비싼 부품들이 추가로 요구되어, 시스템이 복잡하고, 작동이 어려우며, 시스템의 가격이 비싸지는 문제점이 있다. 이러한 결과 가스의 분석감도가 여타 분석기법 가운데 가장 우수하다는 장점을 지님에도 불구하고, CRDS 분광장치가 아직까지 현장에서 광범위하게 활용되지 못하고, 실험실 수준의 연구에 머무르고 있는 실정이다.In order to obtain a resonator attenuation signal having a high S / N ratio, servo-locking method in which the frequency of the input laser is matched with the resonance frequency of the resonator for a long time has been widely used by using a feedback electronic circuit and a light element. However, in this case, expensive components such as a feedback electronic circuit, a laser frequency modulation device, and the like are additionally required, which complicates the system, makes it difficult to operate, and increases the cost of the system. Although CRDS spectroscopy has the advantage of being the best among other analytical techniques, the CRDS spectroscope has not been widely used in the field and remains in laboratory level research.
이하에서는, 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 장치를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
Hereinafter, a spectroscope according to an embodiment of the present invention will be described in detail to solve the above problems.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 장치를 설명하는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 분광 장치를 설명하는 블록도이다. FIG. 1 is a block diagram illustrating a spectroscope according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram illustrating a spectroscope according to another embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 분광 장치(100)는 레이저 광원(101), 공진기(102) 및 광 스위치(103)를 포함하고, 실시예에 따라 복수의 렌즈들(104), 광 검출기(105), 트리거 신호 발생기(106), 컴퓨팅 장치(107), 전압신호 증폭기(108), 광 스위치 제어부(109), 램프 신호 발생기(110) 및 편광기(111)를 더 포함할 수 있다.1 and 2, a
레이저 광원(101)은 입력 레이저를 공진기(102)에 제공하고, 공진기(102)로부터 입력 레이저 중 반사된 반사광을 제공받는다. 일 실시예에서, 레이저 광원(101)은 외부 공진기 다이오드 레이저 중 DFB 다이오드 레이저 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The
공진기(102)는 복수의 거울들(112) 및 피에조(122)를 더 포함할 수 있다.The
복수의 거울들(112)은 레이저 광원(101)에 의한 입력 레이저 중 제1 거울(112a)에 의해 반사된 제1 반사광(114) 및 제1 거울(112a)을 통과하여 되돌아 가는 제2 반사광(115)을 분리한다. 예를 들어, 제1 반사광은 제1 거울(112a)에 의해 반사되어 레이저 광원으로 되돌아가는 반사광일 수 있고, 제2 반사광은 제1 거울(112a)을 통과하여 레이저 광원(101)으로 되돌아가는 공진기(102)의 공명 주파수 중 일부일 수 있다.The plurality of
일 실시예에서, 복수의 거울들(112)은 마주보는 두 개의 거울 쌍일 수 있고, 복수의 거울들(112) 각각은 광축을 기준으로 서로 다른 각도만큼 기울어져 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 거울들(112)은 수 mrad 정도의 작은 각도로 기울어져 구성될 수 있다. 이와 같이, 복수의 거울들(112)이 광축을 기준으로 서로 다른 각도만큼 기울어진 결과 공진기의 광정렬이 약간 벗어남으로써, 레이저 광원(101)에 의한 입력 레이저 중 반사된 제1 반사광 및 제2 반사광은 분리될 수 있다.In one embodiment, the plurality of
복수의 거울들(112) 중 특정 거울은 피에조(122)에 탑재될 수 있다. 피에조(122)는 탑재된 거울을 레이저 광원(101)에 의한 입력 레이저의 반파장 이상의 거리만큼 이동시킬 수 있고, 링 모양으로 형성될 수 있다. 피에조(122)는 특정 파형의 전압이 인가됨에 따라 복수의 거울들 중 특정 거울을 이동시킬 수 있다. Of the plurality of
일 실시예에서, 공진기(102)는 복수의 거울들(112) 중 특정 거울을 탑재한 피에조(122)에 특정 파형의 전압이 인가되면, 상기 특정 거울이 이동함에 따라 상기 공진기(102)의 공명 주파수는 해당하는 입력 레이저의 주파수를 최대한 빨리 추적하게 된다. In one embodiment, the
공진기(102)는 복수의 거울들(112)의 개수 및 형태 중 적어도 하나에 따라서 선형 공진기 및 V-형 공진기 중 적어도 하나로 사용될 수 있다. The
일 실시예에서, 공진기(102)는 복수의 거울들(112)이 마주보는 두 개의 거울 쌍인 경우 선형 공진기로 사용될 수 있다. In one embodiment, the
다른 일 실시예에서, 공진기(102)는 두 개의 거울 또는 세 개의 거울을 이용하는 경우 V-형 공진기로 사용될 수 있다. V-형 공진기는 선형 공진기가 V자로 접혀진 형태이다. 두 개의 거울을 사용하는 경우, V-형 공진기의 길이는 거울의 곡률반경과 동일하도록 구성되어야 한다. 즉, 두 개의 거울을 사용하는 경우, 공진기를 공초점 형태가 되도록 구성해야 한다. 세 개의 거울을 사용하는 V-형 공진기는 2 개의 곡면 거울과 1 개의 평면 거울로 구성된다. 세 개의 거울을 사용하는 경우, V-형 공진기에 있는 복수의 거울들의 곡률 반경은 임의로 선택될 수 있다.In another embodiment, the
공진기(102)는 광 스위치(103)의 종류에 따라 추가적인 거울을 포함하여 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 공진기(102)는 V-형 공진기로 사용되면서 광 스위치(103)가 광음향 변조기일 경우, 제1 반사광(114) 및 제2 반사광(115)을 함께 레이저 광원(101)에 제공해야 한다. 이를 위해, 공진기(102)는 제1 반사광이 레이저 광원(101)에 제공될 수 있도록 부분 반사 거울(112c)을 더 포함하여 구성될 수 있다.The
광 스위치(103)는 광 스위치 제어부(109)의 제어에 따라 입력 레이저를 차단시킨다. The
일 실시예에서, 광 스위치(103)는 도 1에서와 같이 광음향 변조기(AOM)를 포함할 수 있고, 도 2에서와 같이 광전자 변조기(EOM)를 포함할 수 있다. 광 스위치(103)가 도 2에서와 같이 광전자 변조기(EOM)로 사용되면, 분광 장치(100)는 편광기(111)를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the
광 스위치(103)는 레이저 광원(101)과 공진기(102)의 사이에 위치하여 레이저 광원(101)으로부터 입력 레이저를 통과시켜 공진기(102)에 제공하고, 공진기(102)에서 반사된 반사광을 레이저 광원(101)에 제공한다. 이러한 광 스위치(103)로 광음향 변조기가 사용되면, 레이저 광원(101)에 의한 입력 레이저는 두 차례에 걸쳐 광 스위치(103)를 통과함에 따라 광 스위치(103) 주파수의 2배에 해당하는 주파수 변화를 겪게 된다. The
광 검출기(105)는 공진기(102)의 공명 주파수와 입력 레이저의 주파수가 일치할 때의 공진기(102) 감쇠 신호를 획득하여 컴퓨팅 장치(107)에 제공한다.The
트리거 신호 발생기(106)는 광 검출기(105)의 신호가 기 설정된 임계값을 넘어설 때 특정 지연시간을 갖는 TTL 펄스 신호를 발생시킨다.The
컴퓨팅 장치(107)는 트리거 신호 발생기(106)의 펄스 신호에 동기화되어, 피에조(122)에 인가되는 특정 파형의 전압 신호를 생성하는 한편, 광 검출기(105)에서 획득한 공진기 감쇠신호를 분석하는 작업을 수행하게 된다. 일 실시예에서, 컴퓨팅 장치(107)는 아날로그-디지털 컨버터(117) 및 디지털-아날로그 컨버터(127)을 더 포함할 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터(117)는 광 검출기(105)에 의한 공진기(102) 감쇠 신호를 디지털 신호로 변환하며, 디지털-아날로그 컨버터(127)는 피에조에 인가되는 프로그램화 된 특정 파형의 전압 신호를 아날로그 신호로 변환시키는 작업을 수행한다.The
전압신호 증폭기(108)는 컴퓨팅 장치(107)에서 생성한 특정 파형의 전압 신호를 증폭하여 피에조(122)에 제공한다.The
광 스위치 제어부(109)는 입력 레이저를 차단시키도록 광 스위치(103)를 제어한다. 일 실시예에서, 광 스위치 제어부(109)는 공진기(102)의 주파수가 레이저 광원(101)에 의한 입력 레이저의 주파수와 일치될 때 입력 레이저를 차단시키도록 광 스위치(103)를 제어할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 광 스위치 제어부(109)는 트리거 신호 발생기(106)에 의해 생성된 TTL 펄스 신호에 따라 입력 레이저를 차단시키도록 광 스위치(103)를 제어한다.
The optical
도 3은 도 1에 있는 공진기에서 감쇠 신호가 발생하는 것을 설명하는 도면이다.Fig. 3 is a view for explaining generation of an attenuation signal in the resonator in Fig.
도 3을 참조하면, 펄스 레이저(301)에서 공진기 감쇠신호가 발생하는 것은 명확하나, 연속발진 레이저(302)에서 감쇠신호가 발생하는 것을 위해서는 단계적인 이해가 요구된다. 즉, 해당하는 입력 레이저의 주파수가 공진기의 공명 주파수에 일치되는 단계와 두 주파수가 충분한 기간(감쇠시간 수준)에 걸쳐 일치 되는 동안 공진기 내부에 충분히 강한 세기의 빛이 형성되는 단계, 그리고, 광 스위치에 의하여 입력 레이저가 차단됨과 동시에 공진기 감쇠신호가 발생하는 단계들이 연속적으로 이루어 져야 한다.
Referring to FIG. 3, it is clear that the resonator attenuation signal is generated in the
도 4는 도 1에 있는 공진기를 설명하는 도면이다. 4 is a view for explaining the resonator shown in Fig.
도 4를 참조하면, 공진기(102)는 내부에 있는 복수의 거울들(112)의 개수에 따라서 선형 공진기(410) 및 V-형 공진기(420, 430) 중 적어도 하나로 사용될 수 있다.4, the
선형 공진기(410)는 광축을 기준으로 서로 다른 각도만큼 미세하게 기울어진 서로 마주보는 두 개의 거울 쌍을 포함할 수 있다. 선형 공진기(410)에 있는 두 개의 거울 쌍은 광축을 기준으로 특정 각도만큼 기울어지도록 구성하여 광정렬로부터 미세하게 벗어나게 하고, 이를 통해 입력 레이저(411)의 제1반사광(412)과 제2반사광(413)을 공간적으로 분리하여 해당하는 레이저에 되먹임 할 수 있다.The
V-형 공진기(420, 430)는 선형 공진기가 V자로 접혀진 형태이며, 두 개의 거울 또는 세 개의 거울을 포함할 수 있다. 두 개의 거울을 포함하는 경우, V-형 공진기의 길이는 거울의 곡률반경과 동일하도록 구성되어야 한다(420). 즉, 두 개의 거울을 사용하는 경우, 공진기가 공초점 형태가 되도록 구성해야 한다. 세 개의 거울을 사용하는 V-형 공진기(430)는 2 개의 곡면 거울과 1 개의 평면 거울로 구성된다. 세 개의 거울을 사용하는 경우, V-형 공진기에 있는 복수의 거울들의 곡률 반경은 임의적으로 선택될 수 있다. V-형 공진기에서는 특히 제1반사광의 일부를 해당하는 레이저 광원으로 제공하기 위하여 평면거울(112c)이 추가로 요구된다.
V-shaped
도 5는 도 1에 있는 피에조에 인가되는 전압을 설명하는 그래프이다.5 is a graph illustrating the voltage applied to the piezo in Fig.
도 5를 참조하면, 피에조(122)는 특정 형태의 전압을 인가 받아 복수의 거울들 중 특정 거울을 이동시켜 입력 레이저의 주파수를 추적할 수 있다. 보다 구체적으로, 시간에 따라 진폭 및 주기가 점차 증가하는(주파수가 점차 감소하는) 변조된 사인파 함수를 이용하여 공진기의 길이를 변화시키면, 공진기 공명 주파수는 해당하는 입력 레이저의 주파수를 빠르게 추적할 수 있다. 일 실시예에서, 피에조(122)에 인가되는 특정 파형의 전압은 하기의 [수학식 1]에 의해 산출될 수 있다.
Referring to FIG. 5, the piezo 122 may receive a specific type of voltage and move a specific mirror among a plurality of mirrors to track the frequency of the input laser. More specifically, by varying the length of the resonator using a modulated sinusoidal function (whose frequency gradually decreases) whose amplitude and period gradually increase with time, the resonator resonant frequency can quickly track the frequency of the corresponding input laser have. In one embodiment, the voltage of a particular waveform applied to the piezo 122 can be calculated by: < EMI ID = 1.0 >
[수학식 1][Equation 1]
Vout = Vsig + Voff
V out = V sig + V off
Vout: 피에조에 인가되는 전압,V out : voltage applied to the piezo,
Vsig: 시간이 지남에 따라 진폭은 증가하고 주파수는 감소하는V sig : amplitude increases and frequency decreases over time
변조된 사인파 함수 형태의 전압, A voltage in the form of a modulated sinusoidal function,
Voff: 새로운 추적단계 직전까지 인가되어 온 고정된 전압
V off : the fixed voltage applied just before the new tracking phase
Vsig 의 최대 기울기는 특정 기준 이하가 되도록 해야 하며, 이를 통해 입력 레이저의 주파수와 공진기의 공명 주파수가 겹치는 시간은 보장될 수 있다. Vsig 의 초기 주파수 값이 큰 것은 공진기의 공명 주파수와 입력 레이저의 주파수가 일치하는 시점을 최대한 앞당기기 위함이다. Vsig 에 대해 더 자세히 살펴보면, 변조된 사인파의 진폭이 공진기(102)의 자유스펙트럼거리(Free Spectral Range)에 해당하는 전압에 이른 시점부터는 진폭과 주파수가 상기 변조된 사인파와 동일한 사인파의 형태를 지속적으로 갖게 된다.The maximum slope of V sig should be below a certain criterion so that the time during which the frequency of the input laser and the resonance frequency of the resonator overlap can be assured. The large initial value of V sig is for maximizing the time point when the resonance frequency of the resonator matches the frequency of the input laser. Referring in more detail to the V sig, beginning early time point on the amplitude of the modulated sine wave corresponds to the free spectral distance of the resonator (102) (Free Spectral Range) voltage in the form of the amplitude and frequency the same sine wave, and the modulated sine wave continuously Respectively.
Voff 는 공진기(102)의 자유스펙트럼거리(Free Spectral Range)에 해당하는 전압의 범위 내에서 존재한다. Voff 가 자유펙트럼거리에 해당하는 전압의 범위를 벗어나는 경우에, 현재 값에서 자유스펙트럼거리에 해당하는 전압을 뺀(더한) 값이 최종적인 Voff 값으로 결정된다.
V off Is within the range of the voltage corresponding to the free spectral range of the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 장치를 이용하여 극미량 에탄 가스에 대한 고감도 스펙트럼을 획득한 결과를 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing a result of obtaining a high sensitivity spectrum for trace amount of ethane gas using a spectroscope according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 극미량 에탄 가스에 대한 고감도 스펙트럼을 획득하기 위한 분광 장치(100)의 구성은 다음과 같다. 분광 장치(100)의 구성 또는 동작에 대하여, 도 1을 참조하여 전술한 바와 동일하거나 상응하는 내용은 생략하여 설명하나, 당업자는 이로부터 도 7의 일 실시예를 충분히 이해할 수 있을 것이다. Referring to FIG. 6, the configuration of the
레이저 광원(101)은 1.65 - 1.68 um 의 범위 내에서 파장을 변화시킬 수 있고, 선폭이 1 MHz 보다 작은 외부 공진기 다이오드 레이저(ECDL) (New Focus, velocity 6300)를 사용하였다. 공진기(102)는 반사율이 99.998% 이상(1.65 - 1.68 mm), 곡률반경이 2 m인 두 개의 거울을 사용하여, 길이 1 m의 변형된 선형 공진기 형태로 구성하였다. 광 스위치(103)는 광음향 변조기(80 MHz)를 이용하였고, -1차 편향된 입력 레이저를 사용하였다. 광음향 변조기의 편향빔은 2 개의 볼록렌즈를 사용하여 공진기(102)의 공명 모드와 최대한 일치시켰다. 광 검출기(105)는 잡음이 작고 이득이 매우 큰 포토다이오드(NewFocus, 2053FS)를 이용하여 공진기(102)의 감쇠 신호를 측정하고, 분해능이 14 비트, 밴드 폭이 200 MHz인 디지타이저(Gage Compuscope 14100)를 이용하여 포토다이오드의 신호를 획득하였다. The
참조번호(610)는 공진기(102)의 공명 주파수와 입력 레이저의 주파수가 일치될 때의 공진기(102) 감쇠 신호를 나타내는 그래프이고, 참조번호(720)는 고정된 입력 레이저 주파수에 대하여 약 200 Hz로 발생하는 공진기(102) 감쇠 신호를 나타내는 그래프이다. 각 그래프(610, 620)의 X축은 시간을 나타내고, Y축은 공진기 감쇠 신호를 나타낸다. 각 그래프(610, 620)에 따라, 신호 대 잡음비가 약 3000:1 로서 매우 우수하고, 감쇠시간이 168.6 us로서 매우 긴 공진기 감쇠신호를 수 백 Hz의 매우 빠른 속도로 안정적으로 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 분광 장치를 이용하여 극미량 에탄 가스에 대한 고감도 스펙트럼을 획득한 결과를 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing a result of obtaining a high sensitivity spectrum for trace amount of ethane gas using a spectroscope according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 극미량 에탄 가스에 대한 고감도 스펙트럼을 획득하기 위한 분광 장치(100)의 구성은 다음과 같다. 분광 장치(100)의 구성 또는 동작에 대하여, 도 1을 참조하여 전술한 바와 동일하거나 상응하는 내용은 생략하여 설명하나, 당업자는 이로부터 도 8의 일 실시예를 충분히 이해할 수 있을 것이다.Referring to FIG. 7, the configuration of a
도 7은 도 6의 분광 장치(100)를 이용하여 1678.6 nm 파장에서 측정한 에탄 가스의 스펙트럼이다. 에탄 가스의 농도는 1 ppm이고, 데이터 한 점 당 측정시간은 1 초였다. 스펙트럼은 본 분광장치로 측정 가능한 파장대역에서 가장 강한 흡수선에 대한 것이며, 신호의 S/N비로부터 에탄에 대한 분석 감도가 약 200 ppt (0.2 ppb)임을 알 수 있다.
7 is a spectrum of the ethane gas measured at a wavelength of 1678.6 nm using the
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modification is possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only in accordance with the following claims, and all equivalents or equivalent variations thereof are included in the scope of the present invention.
100: 분광 장치
101: 레이저 광원
102: 공진기
103: 광 스위치
104: 복수의 렌즈들
105: 광 검출기
106: 트리거 신호 발생기
107: 컴퓨팅 장치
108: 전압신호 증폭기
109: 광 스위치 제어부
110: 램프 신호 발생기
111: 편광기
112: 복수의 렌즈들
117: 아날로그-디지털 컨버터
122: 피에조
127: 디지털- 아날로그 컨버터100: Spectroscopic device
101: Laser light source
102: Resonator
103: Optical switch
104: a plurality of lenses
105: Photodetector
106: Trigger signal generator
107: computing device
108: Voltage signal amplifier
109: Optical switch control section
110: lamp signal generator
111: Polarizer
112: a plurality of lenses
117: Analog-to-digital converter
122: Piezo
127: Digital-to-Analog Converter
Claims (17)
상기 공진기에 입력 레이저를 제공하는 레이저 광원;
복수의 거울들 중 특정 거울을 탑재한 피에조에 특정 파형의 전압이 인가되면, 상기 특정 거울을 이동시키면서 상기 공진기의 공명 주파수가 해당하는 상기 입력 레이저의 주파수를 추적하는 공진기; 및
상기 공진기의 공명 주파수가 상기 입력 레이저의 주파수에 일치될 때 상기 입력 레이저를 차단하는 광 스위치를 포함하고,
상기 특정 파형의 전압은 시간에 따라 진폭은 증가하고 주파수는 감소하도록 하는 특정 함수에 의한 전압과 상기 특정 파형의 전압이 인가되기 직전까지 상기 피에조에 인가된 전압의 합에 의해 결정되는 분광 장치.
A spectroscope including a laser light source, a resonator, and an optical switch,
A laser light source for providing an input laser to the resonator;
A resonator for tracking the frequency of the input laser corresponding to the resonance frequency of the resonator while moving the specific mirror when a voltage of a specific waveform is applied to a piezo having a specific mirror among a plurality of mirrors; And
And an optical switch for blocking the input laser when the resonance frequency of the resonator matches the frequency of the input laser,
Wherein the voltage of the specific waveform is determined by a sum of a voltage due to a specific function which causes the amplitude to increase with time and a frequency to decrease and a voltage to be applied to the piezo just before the voltage of the specific waveform is applied.
상기 입력 레이저를 차단함과 동시에 상기 공진기에서 발생하는 감쇠 신호를 획득하는 광 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분광 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising a photodetector for blocking the input laser and acquiring an attenuation signal generated in the resonator.
상기 입력 레이저 중 반사된 제1 반사광 및 제2 반사광을 공간적으로 분리시키는 것을 특징으로 하는 분광 장치.
2. The apparatus of claim 1, wherein the plurality of mirrors
And separates the first reflected light and the second reflected light reflected from the input laser spatially.
제1 반사광은 상기 복수의 거울들 중 제1 거울에 의해 반사되어 상기 레이저 광원으로 되돌아가는 반사광이고, 상기 제2 반사광은 상기 제1 거울을 통과하여 상기 레이저 광원으로 되돌아가는 상기 공진기의 공명 주파수 중 일부인 것을 특징으로 하는 분광 장치.
The method of claim 3,
The first reflected light is reflected light reflected by the first mirror of the plurality of mirrors and returned to the laser light source, and the second reflected light passes through the first mirror to return to the laser light source, And a part thereof.
상기 복수의 거울들의 개수 및 종류 중 적어도 하나에 따라 선형 공진기 또는 V-형 공진기 중 적어도 하나의 공진기로 사용되는 것을 특징으로 하는 분광 장치.
The resonator according to claim 1, wherein the resonator
Wherein the resonator is used as at least one of a linear resonator and a V-shaped resonator according to at least one of the number and kind of the plurality of mirrors.
광축을 중심으로 서로 다른 각도만큼 기울어진, 서로 마주보는 두 개의 거울들을 포함하는 것을 특징으로 하는 분광 장치.
The resonator according to claim 5, wherein the linear resonator
And two mirrors facing each other, which are inclined at different angles about the optical axis.
상기 공진기의 길이와 동일한 곡률반경을 가지는 두 개의 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 분광 장치.
6. The V-shaped resonator according to claim 5, wherein the V-
Wherein the resonator comprises two mirrors having the same radius of curvature as the length of the resonator.
상기 광 스위치가 광음향 변조기인 경우 상기 제1 반사광을 상기 레이저 광원에 제공하기 위한 1 개의 평면 거울을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분광 장치.
The resonator of claim 7, wherein the V-shaped resonator
And a plane mirror for providing the first reflected light to the laser light source when the optical switch is a photoacoustic modulator.
상기 레이저 광원의 반파장 이상의 거리만큼 상기 특정 거울을 이동시키는 것을 특징으로 하는 분광 장치.
2. The method of claim 1,
And the specific mirror is moved by a distance equal to or longer than a half wavelength of the laser light source.
복수의 거울들 중 특정 거울을 탑재한 피에조에 특정 파형의 전압이 인가되면, 상기 특정 거울을 이동시키면서 상기 공진기의 공명 주파수가 상기 레이저 광원에 의한 입력 레이저의 주파수를 추적하는 단계;
상기 공진기의 공명 주파수와 상기 입력 레이저의 주파수에 일치될 때 상기 피에조에 인가되는 전압 값을 고정시키고, 상기 입력 레이저의 수신을 차단하는 단계; 및
상기 입력 레이저의 수신을 차단함과 동시에 상기 공진기에서 발생하는 감쇠 신호를 획득하여 분석하는 단계를 포함하고,
상기 특정 파형의 전압은
시간에 따라 진폭은 증가하고 주파수는 감소하도록 하는 특정 함수에 의한 전압과 상기 특정 파형의 전압이 인가되기 직전까지 상기 피에조에 인가된 전압의 합에 의해 결정되는 극미량 가스 분석 방법.
A method for analyzing a trace gas in a spectroscopic apparatus including a laser light source, a resonator, and an optical switch,
Tracking the frequency of the input laser by the laser light source while the resonant frequency of the resonator is moving while moving the specific mirror when a voltage of a certain waveform is applied to a piezo-mounted piezo-mirror among the plurality of mirrors;
Fixing a voltage value applied to the piezo when the resonance frequency of the resonator matches the frequency of the input laser and blocking reception of the input laser; And
Receiving the input laser and acquiring and analyzing an attenuation signal generated in the resonator,
The voltage of the particular waveform
Wherein the amplitude is determined by the sum of the voltage due to the specific function that causes the amplitude to increase with time and the frequency to decrease and the voltage applied to the piezo just before the voltage of the particular waveform is applied.
상기 레이저 광원의 반파장 이상의 거리만큼 상기 특정 거울을 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극미량 가스 분석 방법.
12. The method of claim 11, wherein the resonant frequency of the resonator tracks the frequency of the input laser by the laser light source
Further comprising moving the specific mirror by a distance equal to or greater than a half wavelength of the laser light source.
광축을 중심으로 서로 다른 각도만큼 기울어진 서로 마주보는 두 개의 거울들을 포함하는 것을 특징으로 하는 극미량 가스 분석 방법.
12. The system of claim 11, wherein the plurality of mirrors
Characterized in that it comprises two opposing mirrors which are inclined at different angles about the optical axis.
상기 입력 레이저 중 반사된 제1 반사광 및 제2 반사광을 공간적으로 분리시키는 것을 특징으로 하는 극미량 가스 분석 방법.
14. The system of claim 13, wherein the plurality of mirrors
Wherein the first reflected light and the second reflected light reflected from the input laser are spatially separated from each other.
제1 반사광은 상기 복수의 거울들 중 제1 거울에 의해 반사되어 상기 레이저 광원으로 되돌아가는 반사광이고, 상기 제2 반사광은 상기 제1 거울을 통과하여 상기 레이저 광원으로 되돌아가는 상기 공진기의 공명 주파수 중 일부인 것을 특징으로 하는 극미량 가스 분석 방법.
15. The method of claim 14,
The first reflected light is reflected light reflected by the first mirror of the plurality of mirrors and returned to the laser light source, and the second reflected light passes through the first mirror to return to the laser light source, And a part of the gas is analyzed.
광음향 변조기에 의해 광 스위칭이 수행되는 경우 상기 제1 반사광을 상기 레이저 광원에 제공하기 위한 1 개의 평면 거울을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극미량 가스 분석 방법.
14. The system of claim 13, wherein the plurality of mirrors
Further comprising a planar mirror for providing the first reflected light to the laser light source when optical switching is performed by a photoacoustic modulator.
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---|---|---|---|
KR1020120118919A KR101394219B1 (en) | 2012-10-25 | 2012-10-25 | Method of trace gas analysis and apparatus performing the same |
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---|---|---|---|---|
KR20100118426A (en) * | 2009-04-28 | 2010-11-05 | 광주과학기술원 | Apparatus of spectrum analyzing by using laser and method of the same |
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오명규. ‘소형화된 초고감도 가스분석 장치를 위한 Cavity Ring-Down Spectroscopy Hyper-Sensitive Gas Analyser’. 일반연구자지원사업 최종보고서. 2012.06.27. |
오명규. '소형화된 초고감도 가스분석 장치를 위한 Cavity Ring-Down Spectroscopy Hyper-Sensitive Gas Analyser'. 일반연구자지원사업 최종보고서. 2012.06.27. * |
이용훈 외. ‘초고감도 레이저 분광기술’. 물리학과 첨단기술. PP. 34-44. 2007.07. |
이용훈 외. '초고감도 레이저 분광기술'. 물리학과 첨단기술. PP. 34-44. 2007.07. * |
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