광빗 기반의 흡수분광을 이용한 미량가스 검출

Abstract

광빗 기반 흡수 분광법은 광대역 스펙트럼을 통해 여러 흡수선들을 정밀하게 측정하게 한다. 따라서, 물질의 특성을 분석하는 기초과학부터 대기중 유해가스를 검출하는 산업적 응용에까지 다양하게 활용되고 있다. 기존 푸리에변환 분광법과 분산 분광법, 그리고 이중 광빗 분광법은 고유한 장점들을 갖지만, 주파수 분해능과 측정시간, 그리고 민감도에서 한계를 갖는다. 본 연구에서는 광빗 분할 분광법을 통해 근적외선 대역에서 다양한 환경의 흡수셀을 측정하였다. 광빗 분할 분광법은 목표 영역의 광빗 모드들을 추출하여 흡수선을 측정하고 이를 단일 주파수 레이저와 간섭하는 헤테로다인 기법으로, 짧은 측정시간에도 높은 정밀도를 획득할 수 있다. 이를 통해 시안화수소와 이산화탄소 흡수율을 0.2 밀리초의 획득시간에 0.3 %의 정밀도로 분석하였으며, 대기중 1.3 킬로미터 경로 상의 이산화탄소 농도를 15 백만분율의 정밀도로 12 시간 동안 모니터링하였다. 마지막으로, 안정화된 광빗 기반 단색광을 전송하여 먼 지점의 광빗을 안정화하였으며, 520 미터 광섬유 경로 상의 위상잡음을 보상하여 전송 후에도 안정도가 유지되도록 하였다. 이를 통해 다이오드 레이저를 파장가변하여 획득한 시안화수소 및 아세틸렌 흡수 스펙트럼을 메가헤르츠 수준의 정밀도로 교정하였다.