KR20140147622A - 공진 반사광 필터와 이를 구비한 가스 감지장치 - Google Patents

공진 반사광 필터와 이를 구비한 가스 감지장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20140147622A
KR20140147622A KR20130071223A KR20130071223A KR20140147622A KR 20140147622 A KR20140147622 A KR 20140147622A KR 20130071223 A KR20130071223 A KR 20130071223A KR 20130071223 A KR20130071223 A KR 20130071223A KR 20140147622 A KR20140147622 A KR 20140147622A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
light filter
light
adsorbing
resonance
Prior art date
Application number
KR20130071223A
Other languages
English (en)
Inventor
홍종철
김완중
성건용
김승환
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR20130071223A priority Critical patent/KR20140147622A/ko
Publication of KR20140147622A publication Critical patent/KR20140147622A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2202—Devices for withdrawing samples in the gaseous state involving separation of sample components during sampling
    • G01N1/2214—Devices for withdrawing samples in the gaseous state involving separation of sample components during sampling by sorption
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/0047—Organic compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)

Abstract

공진 반사광 필터와 이를 구비한 가스 감지장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진 반사광 필터는 기판과, 기판 위에 형성되는 회절격자와, 회절격자 위에 형성되는 고 굴절 박막과, 고 굴절 박막 위에 형성되어 대기 중의 가스와 흡착하여 광학적 변화를 나타내는 가스 흡착 색소를 포함한다.

Description

공진 반사광 필터와 이를 구비한 가스 감지장치 {Guided mode resonance filter and gas detecting apparatus having the same}
본 발명은 반사필터 및 반사필터를 이용한 광학 분석 기술에 관한 것이다.
휘발성 유기 화합물(Volatile organic compound, VOC)은 상온, 상압에서 액체상이나 고체상으로 존재할 수 있지만, 대기 중에서는 가스상으로 존재하는 모든 유기화합물질로 정의할 수 있다. 탄소와 수소만으로 구성된 탄화수소류와 할로겐화 탄화수소, 질소나 황함유 탄화수소 등 상온·상압에서 기체상태로 존재할 수 있는 모든 유기성 물질을 통칭하는 의미로 사용되며, 넓은 의미로는 반휘발성 유기화합물도 포함될 것이다.
이러한 휘발성 유기 화합물의 감지 방법은 물리적 흡착 또는 화학적 흡착을 통해 센서 표면에 흡착된 휘발성 유기 화합물에 의해 변화하는 전기적 또는 광학적 특성을 측정하게 된다. 예를 들어, 휘발성 유기 화합물 흡착에 따른 전기 전도도의 변화(방해 또는 증진)를 통해 분석하는 전기적 전도도 방법이 존재한다. 또는 휘발성 유기 화합물이 광학적 특성을 가지는 흡착 매체에 흡착되어 광의 발생 또는 광의 발생 전이, 광학적 투과도의 변화 등을 유발함으로써 휘발성 유기 화합물이 흡착되었을 경우와 흡착되지 않았을 경우 각기 다른 파장 또는 세기를 가지는 광 효과를 발산함으로써 가스 흡착을 감지하는 방법이 있다.
이러한 휘발성 유기 화합물 감지장치는 각종 건축자재에서 발생하는 독성가스(포름알데히드, 톨루엔, 벤젠), 유기용제, 환경호르몬 등을 고감도로 감지하는 센서, 산업 현장에서 위험물 감지 센서 등으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 다종의 휘발성 유기 화합물을 감지할 수 있을 경우 호흡 시 발생하는 호기 가스의 성분 분석으로부터 폐암의 존재 여부를 확인하는 의료분야에까지 그 적용범위가 넓다.
일 실시 예에 따라, 대기 중 휘발성 유기 화합물의 존재 여부 및 농도를 정량할 수 있는 공진 반사광 필터와 이를 구비한 가스 감지장치를 제안한다.
일 실시 예에 따른 공진 반사광 필터는 기판과, 기판 위에 형성되는 회절격자와, 회절격자 위에 형성되는 고 굴절 박막과, 고 굴절 박막 위에 형성되어 대기 중의 가스와 흡착하여 광학적 변화를 나타내는 가스 흡착 색소를 포함한다. 가스는 휘발성 유기 화합물 가스일 수 있다.
가스 흡착 색소는 흡착되는 가스의 종류 및 농도에 따라 공진 반사광 필터의 스펙트럼을 변화시킬 수 있다. 이때, 가스 흡착 색소는 흡착되는 가스의 종류 및 농도에 따라 가스 흡착 색소의 광 투과율이 변화하여 공진 반사광 필터의 스펙트럼 상의 피크의 높이 및 형태를 변화시킬 수 있다. 또는 가스 흡착 색소는 흡착되는 가스의 종류 및 농도에 따라 가스 흡착 색소의 두께 또는 광 굴절률이 변화하여 공진 반사광 필터의 스펙트럼 상의 피크의 위치 및 형태를 변화시킬 수 있다.
가스 흡착 색소는 5,10,15,20-tetraphenylporphyrinatozinc(II), 5,10,15,20-tetrakis (2,4,6-trimethylphenyl) porphyrinatozinc(II), 5,10,15,20-tetrakis (pentafluorophenyl) porphyrinatozinc(II), 5,10,15,20-tetrakis (2,4,6-trimethylphenyl) porphyrinatocobalt(II), 5,10,15,20-tetraphenylporphyrinatocadmium(II), 5,10,15,20-tetraphenylporphyrinatochromium(III) chloride, Bromophenol Blue + TBAH, Methyl Red + TBAH, Chlorophenol Red + TBAH, Nitrazine Yellow + TBAH, Bromothymol Blue + TBAH, Thymol Blue + TBAH,, m-Cresol Purple + TBAH, Zn(OAc)2 + m-Cresol Purple + TBAH, HgCl2 + Bromophenol Blue + TBAH, HgCl2 + Bromocresol Green + TBAH, Pb(OAc)2, 1-[4-[[4-(dimethylamino) phenyl]azo]phenyl]-2,2,2-trifluoroethanone + TsOH, D-Naphthol Red + TsOH, Tetraiodophenolsulfonephthalein, Fluorescein, Bromocresol Green, Methyl Red, Bromocresol Purple, Bromophenol Red, Rosolic Acid, Bromopyrogallol Red, Pyrocatechol Violet, Nile Red, Disperse Orange #25, 4-(4-Nitrobenzyl) pyridine + N-Benzylaniline, 4-[2-[4-(dimethylamino) phenyl]ethenyl]-2,6-dimethylpyrylium, LiNO3 + Cresol Red, Acridine Orange Base, AgNO3 + Bromophenol Blue, AgNO3 + Bromocresol Green 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
공진 반사광 필터는 복수의 가스 흡착 색소가 배열된 어레이 구조를 갖을 수 있다. 기판은 유리, 석영, 반도체 또는 고분자 필름으로 이루어질 수 있다. 회절격자의 회절 주기는 공진 반사광 필터에 조사되는 광원의 평균 파장보다 짧을 수 있다. 고 굴절 박막은 질화물, 산화물 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
다른 실시 예에 따른 가스 감지장치는, 기판과, 기판 위에 형성되는 회절격자와, 회절격자 위에 형성되는 고 굴절 박막과, 고 굴절 박막 위에 형성되어 가스와 흡착하여 광학적 변화를 나타내는 가스 흡착 색소를 포함하는 공진 반사광 필터와, 광을 생성하는 광원과, 광원으로부터 생성되어 공진 반사광 필터로부터 반사되거나 투과된 광을 검출하여 스펙트럼을 측정하는 스펙트로미터를 포함한다.
또 다른 실시 예에 따른 가스 감지장치는, 기판과, 기판 위에 형성되는 회절격자와, 회절격자 위에 형성되는 고 굴절 박막과, 고 굴절 박막 위에 형성되어 가스와 흡착하여 광학적 변화를 나타내는 가스 흡착 색소를 포함하는 공진 반사광 필터와, 발진 파장을 가변하면서 광을 출력하는 파장 가변 레이저와, 파장 가변 레이저로부터 출력되는 광을 검출하여 스펙트럼을 측정하는 제1 광검출기와, 파장 가변 레이저로부터 출력되는 광의 발진 파장 변화에 따라 공진 반사광 필터로부터 반사되거나 투과되는 광을 검출하여 스펙트럼을 측정하는 제2 광검출기와, 제1 광검출기 및 제2 광검출기에서 측정된 스펙트럼을 비교하는 제어부를 포함한다.
일 실시 예에 따르면, 광학적 측정 방식으로 고감도로 다종의 휘발성 유기 화합물 가스의 검출이 가능하다. 광학적 측정 방식을 사용함으로써 외부 잡음 유입이 적고, 광 흡수율 또는 광 굴절률의 변화로 인한 공진 스펙트럼의 변화를 측정하는 것이므로 고감도 가스 검출이 가능하다. 나아가, 파장 가변 레이저와 광 검출기를 사용하는 경우 간단한 셋업만으로 센서 구현이 가능하여 소형의 휴대용 센서 제작이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진 반사광 필터의 구조도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진 반사광 필터의 공진 스펙트럼을 도시한 그래프,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 휘발성 유기 화합물 가스 흡착에 따른 공진 스펙트럼의 변화를 도시한 그래프,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스펙트로미터를 이용한 가스 검출장치의 구성도,
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파장 가변 레이저를 이용한 가스 검출장치의 구성도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진 반사광 필터(10)의 구조도이다.
도 1을 참조하면, 공진 반사광 필터(10)는 기판(100), 회절격자(diffraction grating)(102), 고 굴절 박막(104) 및 가스 흡착 색소(gas adsorption dye)(106)를 포함한다.
공진 반사광 필터(10)의 기저부에는 기판(100)이 형성된다. 기판(100)은 유리(glass), 석영(Quartz), 반도체 또는 고분자 필름 등으로 이루어질 수 있다.
기판(100) 위에는 수지(Resin)를 이용한 회절격자(102)가 형성된다. 일 실시 예에 따른 회절격자(102)는 나노 구조체 제조 기술 등을 통해 제조될 수 있으나, 제조방법은 이에 한정되지는 않는다. 회절격자(102)의 회절 주기는 공진 반사광 필터(100)에 조사되는 광원의 평균 파장보다 짧을 수 있다. 만일 회절격자(102)의 주기가 광원의 평균 파장보다 길면 공진 반사가 잘 일어나지 않기 때문에 회절격자(102)의 주기는 공진 반사광 필터(10)에 조사되는 광원의 평균 파장보다 짧은 것이 바람직하다.
회절격자(102) 위에는 고 굴절 박막(104)이 형성된다. 고 굴절 박막(104)에는 질화실리콘(Silicon Nitride, Si3N4)과 같은 질화물, 산화티타늄(Titanium Oxide, TiO2)과 같은 산화물, 또는 이들의 조합으로 이루어진 고 굴절률 물질이 코팅된다. 이러한 고 굴절률 물질은, 광이 공진 반사광 필터(10)에 입사되어 회절격자(102)에 의해 회절된 이후 수평방향으로 진행하도록 하는 도파로(waveguide) 역할을 한다. 이렇게 도파되는 광과, 회절격자(102)의 공진에 의해 아주 좁은 영역의 파장을 가진 광만 반사 또는 투과시키는 공진 반사광 필터(10)의 특성에 따라 공진 스펙트럼이 형성된다.
가스 흡착 색소(106)는 고 굴절 박막(104) 위에 형성되어 대기 중의 가스와 흡착하여 광학적 변화를 나타낸다. 가스 흡착 색소(106)는 5,10,15,20-tetraphenylporphyrinatozinc(II), 5,10,15,20-tetrakis (2,4,6-trimethylphenyl) porphyrinatozinc(II), 5,10,15,20-tetrakis (pentafluorophenyl) porphyrinatozinc(II), 5,10,15,20-tetrakis (2,4,6-trimethylphenyl) porphyrinatocobalt(II), 5,10,15,20-tetraphenylporphyrinatocadmium(II), 5,10,15,20-tetraphenylporphyrinatochromium(III) chloride, Bromophenol Blue + TBAH, Methyl Red + TBAH, Chlorophenol Red + TBAH, Nitrazine Yellow + TBAH, Bromothymol Blue + TBAH, Thymol Blue + TBAH,, m-Cresol Purple + TBAH, Zn(OAc)2 + m-Cresol Purple + TBAH, HgCl2 + Bromophenol Blue + TBAH, HgCl2 + Bromocresol Green + TBAH, Pb(OAc)2, 1-[4-[[4-(dimethylamino) phenyl]azo]phenyl]-2,2,2-trifluoroethanone + TsOH, D-Naphthol Red + TsOH, Tetraiodophenolsulfonephthalein, Fluorescein, Bromocresol Green, Methyl Red, Bromocresol Purple, Bromophenol Red, Rosolic Acid, Bromopyrogallol Red, Pyrocatechol Violet, Nile Red, Disperse Orange #25, 4-(4-Nitrobenzyl) pyridine + N-Benzylaniline, 4-[2-[4-(dimethylamino) phenyl]ethenyl]-2,6-dimethylpyrylium, LiNO3 + Cresol Red, Acridine Orange Base, AgNO3 + Bromophenol Blue, AgNO3 + Bromocresol Green 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
휘발성 유기 화합물 가스는 다양한 종류의 가스 흡착 색소(106)에 대해 반응하여 각기 다른 광학적 변화를 나타낸다. 일 실시 예에 따라, 가스 흡착 색소(106) 복수 개를 코팅한 공진 반사광 필터 어레이를 제작하여 그 집합적인 반응 패턴을 통해 휘발성 유기 화합물을 검출하고, 검출된 휘발성 유기 화합물의 종류와 농도를 정량할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진 반사광 필터(10)의 공진 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 회절격자(102)에 의해 회절된 광이 광도파로 기능을 하는 고 굴절 박막(104)을 도파하면서 공진 스펙트럼이 형성된다. 공진 스펙트럼은 도 2에 도시된 바와 같이 소정의 파장에서 최대 피크를 갖는다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 휘발성 유기 화합물 가스 흡착에 따른 공진 스펙트럼의 변화를 도시한 그래프이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 가스 흡착 색소(106)는 휘발성 유기 화합물 가스를 흡착하면 그 색상이 변화하게 되는데, 이는 곧 흡수 스펙트럼의 변화를 의미한다. 이러한 흡수 스펙트럼의 변화는 가스 흡착 색소의 광학적 특성을 변화시킨다. 예를 들어, 도 3의 참조부호 300과 같이, 공진 반사광 필터(10)의 공진 반사 피크가 나타나는 파장에서의 광 흡수율의 변화는 공진 특성을 변화시켜 공진 반사 피크의 높이 및 형태를 변화시킨다. 또는 도 3의 참조부호 310과 같이, 광 굴절률의 변화와 흡착에 따른 가스 흡착 색소(106)의 두께 변화는 공진 반사 피크 파장의 값 자체를 변화시켜 그 위치 및 형태를 변화시킨다. 이러한 공진 스펙트럼의 변화는 흡착되는 휘발성 유기 화합물의 종류 및 양에 따라 변화하므로 가스 흡착 색소(106)가 노출된 대기 중의 휘발성 유기 화합물의 농도를 정량화할 수 있게 된다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스펙트로미터(spectrometer)(12)를 이용한 가스 검출장치(4,5)의 구성도이다.
세부적으로 도 4는 투과 방식의 가스 검출장치(4)를 도시한 것이고, 도 5는 반사 방식의 가스 검출장치(5)를 도시한 것이다. 도 4 및 도 5에 있어서, 가스 흡착 색소(106)를 갖는 공진 반사광 필터(10)의 기능은 도 1을 참조로 전술한 바와 동일하므로 생략한다.
도 4를 참조하면, 광원(11)은 광을 생성한다. 광원(11)은 예를 들어, SLD(Superluminescent Diode)나 네온 램프 등으로부터 나오는 백색광일 수 있다. 광원(11)으로부터 생성된 광이 편광 필터(13)에 입사되면, 편광 필터(13)는 하나의 편광을 선택하여 공진 반사광 필터(10)에 입사시키고, 스펙트로미터(12)는 공진 반사광 필터(10)로부터 투과된 광을 검출하여 스펙트럼을 측정한다.
도 5를 참조하면, 광원(11)은 광을 생성한다. 광원(11)으로부터 생성된 광이 편광 필터(13)에 입사되면, 편광 필터(13)는 하나의 편광을 선택하고, 빔 스플리터(13)는 편광 필터(13)로터 편광된 광을 분리하여 공진 반사광 필터(10)에 입사시키고, 스펙트로미터(12)는 공진 반사광 필터(10)로부터 반사된 광을 검출하여 스펙트럼을 측정한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파장 가변 레이저(tunable polarized laser)(15)를 이용한 가스 검출장치(6,7)의 구성도이다.
세부적으로 도 6은 투과 방식의 가스 검출장치(6)를 도시한 것이고, 도 7은 반사 방식의 가스 검출장치(7)를 도시한 것이다. 도 6 및 도 7에 있어서, 가스 흡착 색소(106)를 갖는 공진 반사광 필터(10)의 기능은 도 1을 참조로 전술한 바와 동일하므로 생략한다.
도 4 및 도 5를 참조로 전술한 스펙트로미터를 이용한 스펙트럼 측정 방법은 상대적으로 부피가 크고 무거운 형태의 광학 방법에 해당된다. 따라서, 휴대용의 가스 센서를 구현하기 위해서는 다른 형태의 스펙트럼 분석 방법을 적용할 필요가 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 스펙트로미터 대신 Tunable VCSEL(vertical cavity surface emitting laser) 등과 같은 파장 가변 레이저(15)와 광의 세기를 측정할 수 있는 광검출기(16a,16b)를 이용할 수 있다. 이때, 파장 가변 레이저(15)에서 출력되는 파장을 가변시켜가면서 광검출기(16a,16b)로 입사되는 광의 세기를 측정하면 해당 파장에서 공진 반사광 필터(10)의 투과율 또는 반사율을 분석할 수 있다.
도 6을 참조하면, 파장 가변 레이저(15)에서 출력되는 파장을 변화시켜가면서 빔 스플리터(17a)와 두 광검출기(16a,16b) 이용하여 제1 광 검출기(16a)에서 검출된 광의 세기와 공진 반사광 필터(10)를 투과하여 제2 광 검출기(16b)에서 검출된 광의 세기를 각각 측정한 후, 제어부(18)가 그 비율로부터 공진 반사광 필터(10)의 투과율을 계산한다.
도 7 참조하면, 파장 가변 레이저(15)에서 출력되는 파장을 변화시켜가면서 두 빔 스플리터(17a,17b)와 두 광검출기(16a,16b) 이용하여 제1 광 검출기(16a)에서 검출된 광의 세기와 공진 반사광 필터(10)로부터 반사되어 제2 광 검출기(16b)에서 검출된 광의 세기를 각각 측정한 후, 제어부(18)가 그 비율로부터 공진 반사광 필터(10)의 반사율을 계산한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 공진 반사광 필터 100: 기판
102: 회절격자 104: 고 굴절 박막
106: 가스 흡착 색소 11: 광원
12: 스펙트로미터 13: 편광 필터
14, 17a, 17b: 빔 스플리터 15: 파장 가변 레이저
16a, 16b: 광 검출기 18: 제어부

Claims (18)

  1. 기판;
    상기 기판 위에 형성되는 회절격자;
    상기 회절격자 위에 형성되는 고 굴절 박막; 및
    상기 고 굴절 박막 위에 형성되어 대기 중의 가스와 흡착하여 광학적 변화를 나타내는 가스 흡착 색소;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진 반사광 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스는 휘발성 유기 화합물 가스인 것을 특징으로 하는 공진 반사광 필터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 흡착 색소는
    흡착되는 가스의 종류 및 농도에 따라 상기 공진 반사광 필터의 스펙트럼을 변화시키는 것을 특징으로 하는 공진 반사광 필터.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 가스 흡착 색소는
    흡착되는 가스의 종류 및 농도에 따라 상기 가스 흡착 색소의 광 투과율이 변화하여 상기 공진 반사광 필터의 스펙트럼 상의 피크의 높이 및 형태를 변화시키는 것을 특징으로 하는 공진 반사광 필터.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 가스 흡착 색소는
    흡착되는 가스의 종류 및 농도에 따라 상기 가스 흡착 색소의 두께 또는 광 굴절률이 변화하여 상기 공진 반사광 필터의 스펙트럼 상의 피크의 위치 및 형태를 변화시키는 것을 특징으로 하는 공진 반사광 필터.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 흡착 색소는
    5,10,15,20-tetraphenylporphyrinatozinc(II), 5,10,15,20-tetrakis (2,4,6-trimethylphenyl) porphyrinatozinc(II), 5,10,15,20-tetrakis (pentafluorophenyl) porphyrinatozinc(II), 5,10,15,20-tetrakis (2,4,6-trimethylphenyl) porphyrinatocobalt(II), 5,10,15,20-tetraphenylporphyrinatocadmium(II), 5,10,15,20-tetraphenylporphyrinatochromium(III) chloride, Bromophenol Blue + TBAH, Methyl Red + TBAH, Chlorophenol Red + TBAH, Nitrazine Yellow + TBAH, Bromothymol Blue + TBAH, Thymol Blue + TBAH,, m-Cresol Purple + TBAH, Zn(OAc)2 + m-Cresol Purple + TBAH, HgCl2 + Bromophenol Blue + TBAH, HgCl2 + Bromocresol Green + TBAH, Pb(OAc)2, 1-[4-[[4-(dimethylamino) phenyl]azo]phenyl]-2,2,2-trifluoroethanone + TsOH, D-Naphthol Red + TsOH, Tetraiodophenolsulfonephthalein, Fluorescein, Bromocresol Green, Methyl Red, Bromocresol Purple, Bromophenol Red, Rosolic Acid, Bromopyrogallol Red, Pyrocatechol Violet, Nile Red, Disperse Orange #25, 4-(4-Nitrobenzyl) pyridine + N-Benzylaniline, 4-[2-[4-(dimethylamino) phenyl]ethenyl]-2,6-dimethylpyrylium, LiNO3 + Cresol Red, Acridine Orange Base, AgNO3 + Bromophenol Blue, AgNO3 + Bromocresol Green 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공진 반사광 필터.
  7. 제 1 항에 있어, 상기 공진 반사광 필터는
    복수의 가스 흡착 색소가 배열된 어레이 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 공진 반사광 필터.
  8. 제 1 항에 있어, 상기 기판은
    유리, 석영, 반도체 또는 고분자 필름으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공진 반사광 필터.
  9. 제 1 항에 있어,
    상기 회절격자의 회절 주기는 상기 공진 반사광 필터에 조사되는 광원의 평균 파장보다 짧은 것을 특징으로 하는 공진 반사광 필터.
  10. 제 1 항에 있어, 상기 고 굴절 박막은
    질화물, 산화물 또는 이들의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공진 반사광 필터.
  11. 기판과, 상기 기판 위에 형성되는 회절격자와, 상기 회절격자 위에 형성되는 고 굴절 박막과, 상기 고 굴절 박막 위에 형성되어 가스와 흡착하여 광학적 변화를 나타내는 가스 흡착 색소를 포함하는 공진 반사광 필터;
    광을 생성하는 광원; 및
    상기 광원으로부터 생성되어 상기 공진 반사광 필터로부터 반사되거나 투과된 광을 검출하여 스펙트럼을 측정하는 스펙트로미터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 감지장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 공진 반사광 필터의 가스 흡착 색소는 흡착하는 가스의 종류 및 농도에 따라 광 투과율이 변화하고,
    상기 스펙트로미터는 상기 가스 흡착 색소의 광 투과율 변화에 따라 상기 공진 반사광 필터의 스펙트럼 상에서 변화되는 피크의 높이 및 형태를 검출하는 것을 특징으로 하는 가스 감지장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 공진 반사광 필터의 가스 흡착 색소는 흡착하는 가스의 종류 및 농도에 따라 두께 또는 광 굴절율이 변화하고,
    상기 스펙트로미터는 상기 가스 흡착 색소의 두께 또는 광 굴절율 변화에 따라 상기 공진 반사광 필터의 스펙트럼 상에서 변화되는 피크의 위치 및 형태를 검출하는 것을 특징으로 하는 가스 감지장치.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 가스 감지장치는
    상기 광원으로부터 생성된 광을 편광시켜 상기 공진 반사광 필터에 입사시키는 편광필터;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 감지장치.
  15. 기판과, 상기 기판 위에 형성되는 회절격자와, 상기 회절격자 위에 형성되는 고 굴절 박막과, 상기 고 굴절 박막 위에 형성되어 가스와 흡착하여 광학적 변화를 나타내는 가스 흡착 색소를 포함하는 공진 반사광 필터;
    발진 파장을 가변하면서 광을 출력하는 파장 가변 레이저;
    상기 파장 가변 레이저로부터 출력되는 광을 검출하여 스펙트럼을 측정하는 제1 광검출기;
    상기 파장 가변 레이저로부터 출력되는 광의 발진 파장 변화에 따라 상기 공진 반사광 필터로부터 반사되거나 투과되는 광을 검출하여 스펙트럼을 측정하는 제2 광검출기; 및
    상기 제1 광검출기 및 제2 광검출기에서 측정된 스펙트럼을 비교하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 감지장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 공진 반사광 필터의 가스 흡착 색소는 흡착하는 가스의 종류 및 농도에 따라 광 투과율이 변화하고,
    상기 제2 광검출기는 상기 가스 흡착 색소의 광 투과율 변화에 따라 상기 공진 반사광 필터의 스펙트럼 상에서 변화되는 피크의 높이 및 형태를 검출하는 것을 특징으로 하는 가스 감지장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 공진 반사광 필터의 가스 흡착 색소는 흡착하는 가스의 종류 및 농도에 따라 두께 또는 광 굴절율이 변화하고,
    상기 제2 광검출기는 상기 가스 흡착 색소의 두께 또는 광 굴절율 변화에 따라 상기 공진 반사광 필터의 스펙트럼 상에서 변화되는 피크의 위치 및 형태를 검출하는 것을 특징으로 하는 가스 감지장치.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 가스 감지장치는
    상기 파장 변 레이저로부터 발진한 광을 분리하는 빔 스플리터;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 감지장치.
KR20130071223A 2013-06-20 2013-06-20 공진 반사광 필터와 이를 구비한 가스 감지장치 KR20140147622A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130071223A KR20140147622A (ko) 2013-06-20 2013-06-20 공진 반사광 필터와 이를 구비한 가스 감지장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130071223A KR20140147622A (ko) 2013-06-20 2013-06-20 공진 반사광 필터와 이를 구비한 가스 감지장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140147622A true KR20140147622A (ko) 2014-12-30

Family

ID=52676360

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20130071223A KR20140147622A (ko) 2013-06-20 2013-06-20 공진 반사광 필터와 이를 구비한 가스 감지장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20140147622A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3157952B2 (ja) 化学物質検出用光学センサー
US8693004B2 (en) Dual-etalon cavity ring-down frequency-comb spectroscopy with broad band light source
US20040189982A1 (en) Optical sensor for volatile organic compounds
KR102155486B1 (ko) 파장 중심 검출 기반 센서 장치 및 방법
CN104697951A (zh) 测量碳氢化合物中的水蒸汽
US8675200B2 (en) Hydrogen detecting surface plasmon resonator, surface plasmon resonance optical hydrogen detector and method for optically detecting hydrogen using surface plasmon resonance
CN102262051A (zh) 光学传感装置和使用该光学传感装置检测样本的方法
KR101350262B1 (ko) 광섬유 패브리-페롯 간섭계를 이용하는 가스 감지 장치
Liang et al. Multiplex-gas detection based on non-dispersive infrared technique: a review
KR20140147622A (ko) 공진 반사광 필터와 이를 구비한 가스 감지장치
GB2494693A (en) Validating the determination of the optical path length of a sample
Wuchrer et al. A compact readout platform for spectral-optical sensors
Aljalal et al. Detection of nitrogen dioxide with tunable multimode blue diode Lasers
Maciak et al. Pd/V $ _ {2} $ O $ _ {5} $ fiber optic hydrogen gas sensor
JP7364293B2 (ja) 気体と浮遊物質を検出するための光学検出器
KR100302547B1 (ko) 씨·씨·디 검출기와 적분구를 채택한 다기능 분광분석기
Lv et al. Study of SO 2 measurement based on a dual optical path Fabry-Perot correlation spectroscopy
Courbat et al. Colorimetric gas sensors based on optical waveguides made on plastic foil
RU2626066C1 (ru) Способ анализа концентрации аналита и оптический хемосенсор
Samanta et al. Fluid sensing strategies adopted in photonic devices: A review
RU2477451C1 (ru) Многолучевой интерферометр
Pinet et al. Sensitive chemical optic sensor using birefringent porous glass for the detection of volatile organic compounds
JP2017138135A (ja) 被検知物質を検知するための装置及び方法
RU143639U1 (ru) Устройство для дистанционного выявления паров и аэрозолей веществ в открытых и замкнутых газовых средах
Will et al. Integrated planar low-cost sensor for reflection interference spectroscopy

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid