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파장 가변용 다이오드 레이저 시스템은 계측하고자 하는 대상 가스의 고유 흡수 파장을 가지는 빔을 조사하고 이 중 흡수되는 양을 측정하는 비교적 간단한 비접촉식 광 계측 기법을 이용하므로 가시광 영역에서 적외선 영역까지 광범위한 파장 영역에 걸친 다양한 배기가스를 계측할 수 있을 뿐만 아니라, 수 천 ppm에서 수 ppb까지의 정밀 계측이 가능하다. 또한 연소 생성물을 동시에 실시간으로 관측할 수 있으므로 연소 진단에 유용하게 쓰일 수 있다. 상온에서 구동되는 DFB 방식의 다이오드 레이저 광원은 소형이고 내구성이 우수할 뿐만 아니라 응답성이 빠르며, 광섬유와 함께 사용되므로 설치 및 유지보수가 쉬운 장점을 가지고 있다. 본 연구는 DFB 방식의 다이오드 레이저 광원의 특성을 분석하고 연소 시 발생하는 다양한 배기가스 중 지구 온난화의 주범인 이산화탄소를 대상으로 직접 흡수기법과 파장 변조기법을 이용하여 높은 계측 강도 및 감도를 동시에 만족하는 흡수 신호 및 2f 신호의 검출을 통해 정량적으로 농도를 계측하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 주입 전류와 조성 온도 변화에 따른 광원의 출력 및 파장 분석을 통해 중심 파장이 1572.33nm인 최고 흡수 ...

파장 가변용 다이오드 레이저 시스템은 계측하고자 하는 대상 가스의 고유 흡수 파장을 가지는 빔을 조사하고 이 중 흡수되는 양을 측정하는 비교적 간단한 비접촉식 광 계측 기법을 이용하므로 가시광 영역에서 적외선 영역까지 광범위한 파장 영역에 걸친 다양한 배기가스를 계측할 수 있을 뿐만 아니라, 수 천 ppm에서 수 ppb까지의 정밀 계측이 가능하다. 또한 연소 생성물을 동시에 실시간으로 관측할 수 있으므로 연소 진단에 유용하게 쓰일 수 있다. 상온에서 구동되는 DFB 방식의 다이오드 레이저 광원은 소형이고 내구성이 우수할 뿐만 아니라 응답성이 빠르며, 광섬유와 함께 사용되므로 설치 및 유지보수가 쉬운 장점을 가지고 있다. 본 연구는 DFB 방식의 다이오드 레이저 광원의 특성을 분석하고 연소 시 발생하는 다양한 배기가스 중 지구 온난화의 주범인 이산화탄소를 대상으로 직접 흡수기법과 파장 변조기법을 이용하여 높은 계측 강도 및 감도를 동시에 만족하는 흡수 신호 및 2f 신호의 검출을 통해 정량적으로 농도를 계측하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 주입 전류와 조성 온도 변화에 따른 광원의 출력 및 파장 분석을 통해 중심 파장이 1572.33nm인 최고 흡수 천이 R(16)을 선정하였다. 각 신호에 대해 온도와 압력 변화에 따른 분광학적 특성을 규명하였으며, 신호 잡음의 분석을 토대로 필터링과 선형 함수 피팅을 이용하여 신호 대 잡음비 및 계측 정밀도에 대한 영향을 고찰하였다. 이와 함께 보정 가스와 조성 농도와의 오차 해석을 통해 확보된 계측 신뢰성을 바탕으로 직접 흡수기법은 분해능과 계측 정밀도가 2%, ± 3% 이내이며, 파장 변조기법은 분해능과 계측 정밀도가 0.1%, ± 0.2% 이내임을 정량적으로 분석하였다. 아울러 Multi-pass 셀을 이용하여 흡수 길이를 연장함에 따라 직접 흡수기법은 분해능과 계측 정밀도를 0.1%, ± 100ppm 단위로, 파장 변조기법은 분해능과 계측 정밀도를 100ppm, ± 50ppm 단위로 높일 수 있음을 정성적으로 확인하였다.

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