• Current Optics and Photonics
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• 제7권4호
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• pp.457-462
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• 2023

Quantitative measurement of trace ethane is important in environmental science and biomedical applications. For these applications, we typically require a few tens of part-per-trillion level measurement sensitivity. To measure trace-level ethane, we constructed a cavity ring-down spectroscopy setup in the 3.37 ㎛ mid-infrared wavelength range, which is applicable to multi-species chemical analysis. We demonstrated that the detection limit of ethane is approximately 300 parts per trillion, and the measured concentration is in agreement with the amounts of the injected sample. We expect that these results can be applied to the chemical analysis of ethane and applications such as breath test equipment.

• 한국광학회지
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• 제9권4호
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• pp.240-244
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• 1998

공동 광자 감쇠 분광법(cavity ring down spectroscopy, CRDS)은 미량기체의 절대밀도를 측정할 수 있는 고감도 레이저 분광기술이다. 연속발진 레이저(continuous wave laser)를 사용한 새로운 방법의 CRDS 분광기를 구현하였다. 이 장치에서는 PZT(piezoelectric transducer)를 움직여 공동의 길이를 비공명(off-resonance)상태로 빠르게 변화시킴으로써 입사되는 연속발진 레이저 빔을 차단하여 감쇠신호를 발생시킨다. 이 방법으로 570 nm 근처에서 압력이 2700 Pa인 아세틸렌(C2H2)의 overtone 천이에 대한 흡수 분광선을 측정하였으며, 이때 측정할 수 있는 최소 흡수계수는 3$\times$10-9 cm-1정도이다.

• Journal of the Optical Society of Korea
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• 제12권1호
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• pp.1-6
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• 2008

We report the simple detection method of the small hydrocarbons, methane and ethane, by continuous-wave cavity ring-down spectroscopy near 1.67 ${\mu}m$ using an external cavity diode laser. The absorption lines of methane between 6002.48 $cm^{-1}$ and 6003.37 $cm^{-1}$ and ethane between 5955.65 $cm^{-1}$ and 5956.4 $cm^{-1}$ have been resolved and employed for the gas detection. The largest absorption cross sections were found to be 6.5$\times10^{-20}cm^2$ and 7.4$\times10^{-21}cm^2$ for methane and ethane, respectively, in each spectral range. The minimum detectable absorption limit of our spectrometer was 4.8${\times}10^{-9}cm^{-1}$/$\sqrt{Hz}$, which corresponds to the detection limits of 3 ppb/$\sqrt{Hz}$ and 27 ppb/$\sqrt{Hz}$ for methane and ethane, respectively. The near-IR continuous-wave cavity ring-down spectroscopic detection method of the small hydrocarbons can be applied for medical diagnosis and environmental monitoring as a fast and convenient method.

• 한국환경보건학회지
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• 제35권6호
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• pp.532-537
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• 2009

The tropospheric ozone production mechanism for the gas phase additive oxidation reaction of hydroxyl radical (OH) with isoprene (2-methyl-1,3-butadiene) has been studied using cavity ring-down spectroscopy (CRDS) at total pressure of 50 Torr and 298 K. The applicability of CRDS was confirmed by monitoring the shorter (~4%) ringdown time in the presence of hydroxyl radical than the ring-down time without the photolysis of hydrogen peroxide. The reaction rate constant, $(9.8{\pm}0.1){\times}10^{-11}molecule^{-1}cm^3s^{-1}$, for the addition of OH to isoprene is in good agreement with previous studies. In the presence of $O_2$ and NO, hydroxyl radical cycling has been monitored and the simulation using the recommended elementary reaction rate constants as the basis to OH cycling curve gives reasonable fit to the data.

• 한국광학회:학술대회논문집
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• 한국광학회 2000년도 하계학술발표회
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• pp.216-217
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• 2000

상자성을 갖는 분자에 대한 분광학 연구에서는 제만(Zeeman) 효과로 생기는 이색성을 이용한 magnetic rotation spectroscopy (MRS)가 널리 사용되고 있다.$^{(1)}$ MRS가 일반적인 흡수 분광법에 비해 더 민감한 측정을 할 수 있기는 하지만 사용하는 편광기의 extinction ratio에 의해 감도가 한정된다. MRS의 감도를 높이는 방법으로는 광경로를 길게 만드는 것을 고려할 수 있다. 일반적으로 공진기 광자감쇠 분광학(Cavity Ring-Down Spectroscopy, CRDS)은$^{(2)}$ 높은 반사율을 갖는 거울을 사용해서 수 km 이상의 광 경로를 만들기 때문에 감도가 높다. (중략)

• 한국광학회:학술대회논문집
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• 한국광학회 2007년도 하계학술발표회 논문집
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• pp.121-122
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• 2007

• 한국광학회:학술대회논문집
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• 한국광학회 2008년도 동계학술발표회 논문집
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• pp.63-64
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• 2008

• 자원환경지질
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• 제46권6호
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• pp.495-508
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• 2013

물의 $^{18}O/^{16}O$와 $^2H/H$ 조성을 레이저를 이용하여 분석하는 기술은 기존의 IRMS를 이용한 분석방식에 비해 간편한 시료 전처리, 쉬운 장비 유지보수와 현장에서도 응용이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 현재 사용되는 레이저 방식을 이용한 물의 안정동위원소 분석은 분석원리에 따라 OA-ICOS(Off-Axis Integrated Cavity Output Spectroscopy)를 이용한 방식과 WS-CRDS(Wavelength-Scanned Cavity Ring-Down Spectroscopy)를 이용한 방식으로 구분된다. WS-CRDS 방식은 기화된 물 시료를 질소 가스를 이용해 광학 공동(optical cavity)로 이동시킨 후 특정 파장에서의 동위원소체가 가지고 있는 흡수도와 레이저를 투과시켜 광학 공동을 투과하여 나오는 레이저 신호의 감쇠시간의 비측정을 통해 수 ppb에서 수십 ppt까지의 감도로 물의 안정동위원소 조성이 측정 가능하다. 이 연구에서는 WS-CRDS 방식의 분석원리와실제 물시료를 활용하여 기기의 안정성과 동위원소비 질량분석기(Isotope Ratio Mass Spectrometry; IRMS) 방법과의 교차분석을 포함한 기기 성능평가 결과를 소개하고 수리학 분야에서 다양한 주제에 대한 적용 가능성을 제시하였다.

• 한국해양학회지:바다
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• 제23권1호
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• pp.32-48
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• 2018

대기 중 메탄의 해양 흡수와 방출 메커니즘은 생지화학 순환이 갖는 복잡성과 해양-대기 경계면에서 지역 규모 혹은 기작 단위에서의 관측 연구 부족으로 잘 알려져 있지 못하다. 그러나 다양한 시 공간적 규모에서 탄소 수지와 순환을 조절하는 해양 메커니즘에 대한 완전한 이해 없이는, 해양의 탄소 변동과 전 지구적 지역적 기후 변화에 미치는 영향을 예측하기란 불가능하다. 표층해양 및 해양대기에서 용존 메탄의 탄소동위원소 조성에 대한 정밀한 연속 관측은 해양-대기 경계면에서의 유 출입 및 생산 소모 과정에 대한 추가적인 정보를 제공한다. 본 연구는 최근 급격히 발전한 광학기반 동위원소 분석 기기들을 개괄적으로 소개하고, 표층 양 내 용존 메탄과 해양대기 메탄의 탄소동위원소 실시간 연속 측정으로의 적용을 위해, 현재 이들 기기들의 기술 및 활용 현황을 논의한다. 이어 레이저 광원의 흡수분광기 중 하나로, 사용이 최근 급증하고 있는 광공동 링다운분광기(CRDS, Cavity Ring Down Spectroscopy)기반 동위원소 분석기기를 예시로 하여 연속 관측 시스템의 운용, 최적화 조건, 보정법을 제안하며, 기체 시료로부터 실시간 관측된 메탄 농도 및 메탄 탄소동위원소의 관측 예를 소개하고자 한다. 이러한 가능성 검토를 통해 향후 해양 환경에서의 실시간 메탄 탄소동위원소 분석 연구의 방향을 제안하고자 한다.

• 한국지구과학회지
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• 제33권1호
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• pp.32-38
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• 2012

본 연구에서는 울릉도 온실기체 관측장비(CRDS)에서 관측된 $CO_2$와 $CH_4$ 농도를 정형화된 QA${\cdot}$QC 처리절차를 통해 온실기체 평균 배경대기 농도값으로 활용하기 위한 정확도를 향상시켰다. QA${\cdot}$QC 처리절차는 총 3단계로 구성되었다. 첫 번째는 관측자료의 시간별 평균값을 구하기 위한 물리적 한계검사, 기후범위 검사 및 1시간 측정 자료수가 50% 이하인 자료는 제외시키는 과정으로 이루어져 있다. 두 번째는 일평균자료 산출을 위한 단계검사, 앞뒤로 같은 값일 경우는 제외, 하루 중 관측횟수가 15회 이상 및 일관측 자료의 표준편차가 일표준편차 평균의 3배 이하인 자료만 허용하는 과정이다. 세 번째는 기후적 특성분석 활용을 위한 Curve-fitting methods를 이용한 FFT 적용단계이다. 이상의 QA${\cdot}$QC 절차에 의한 $CO_2$ 및 $CH_4$의 월평균농도 값을 안면도 지구대기감시센터 자료와 일본 료리 관측자료와 비교 분석한 결과 $CO_2$에 있어서는 울릉도 관측자료 누락에 의한 영향이 다소 크게 나타나 안면도 관측값이 배경대기 평균농도 값으로 유효하였고, $CH_4$는 안면도 보다 오히려 울릉도 관측값이 한반도 배경대기 평균농도 값으로 더 적절한 것으로 추정되었다.