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광빗 기반의 흡수분광을 이용한 미량가스 검출 = Absorption spectroscopy using optical frequency comb for detection of trace gases
서명 / 저자 광빗 기반의 흡수분광을 이용한 미량가스 검출 = Absorption spectroscopy using optical frequency comb for detection of trace gases / 이재현.
저자명 이재현 ; Lee, Jaehyun
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2020].
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8036314

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학술문화관(도서관)2층 패컬티라운지(학위논문)

DME 20048

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초록정보

The optical frequency comb based absorption spectroscopy allows precise measurement of different absorption lines by using its broadband spectrum. Therefore, it can be used in various fields from the basic sciences for analysis the characteristics of a material, to industrial applications for detection of atmospheric gases. Many detection methods have been proposed to utilize a frequency comb such as Fourier transform spectroscopy, dispersive spectroscopy, and dual-comb spectroscopy. Although they have their own advantages, they have fundamental limitations in frequency resolution, measurement time, and sensitivity. In this study, we developed comb segmentation spectroscopy to improve the existing methods and applied it to absorption cells in different environments. In comb segmentation spectroscopy, some of optical comb modes are extracted to measure target absorption lines and are interfered with multiple single frequency lasers. By using this heterodyne technique, it offers the high precision even at a short measurement time. In the study, the absorption lines of $H^{13}C^{14}N$ and $^{12}CO_{2}$ were measured with the precision of 0.3% at the acquisition time of 0.2 ms. In addition, the concentration of atmospheric $^{12}CO_{2}$ in a 1.3 km open path was traced for 12 hours with a precision of 15 ppm. Moreover, by transferring optical frequencies extracted from a frequency comb, we stabilized the other comb located in a remote site. At the same time, we compensated phase noise occurring along the transfer line to maintain stability of the local comb. Finally. we measured the optical frequency of a tunable diode laser over broad range. The absorption spectra measured by the diode laser were calibrated with MHz-precision by using the stabilized comb.

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.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DME 20048
형태사항 iv, 85 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 한국어
일반주기 저자명의 영문표기 : Jaehyun Lee
지도교수의 한글표기 : 김승우
지도교수의 영문표기 : Seung-Woo Kim
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 기계공학과,
서지주기 참고문헌 : p. 83-85
주제 펨토초 레이저 광빗
흡수 분광
광빗 분할 분광법
헤테로다인 검출
흡수 라이다
대기 중 온실가스 모니터링
광주파수 전송
광빗 안정화
광주파수 교정
다이오드 레이저 기반 흡수 분광
optical frequency comb
absorption spectroscopy
comb segmentation spectroscopy
heterodyne detection
absorption LIDAR
atmospheric greenhouse gas monitoring
optical frequency transfer
remote comb stabilization
calibration of an optical frequency
tunable diode laser absorption spectroscopy
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