광학적 연기밀도 측정을 위한 저가 장치 개발

황철홍,김봉준,조재호,박설현 한국방재학회 2015 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.14 No.-

각종 가연물의 화재 시 연기밀도의 정확한 측정은 화재안전설계를 위해 매우 기초적이며 중요한 정보를 제공한다. 특히 고난이도의 피난대책이 요구되는 초고층 및 아파트 건물화재, 선박화재 그리고 다양한 유형의 화재위험지구에서는 개선된 제연설비의 설계를 위하여, 정확한 연기발생량 및 광학밀도에 대한 평가가 선행되어야 한다. 그러나 연기밀도의 측정에 주로 사용되고 있는 광소멸법(Light Extinction Method)의 적용은 고가의 광학장비가 요구되고 있으며, 주로 기초적이고 제한적인 연기밀도 측정에만 적용되는 실정이다. 이러한 배경 하에 본 연구에서는 광소멸법에 주로 사용되는 He-Ne 레이저, 광검출기(Photo detector) 및 다양한 광학 구성품 대신에 비용 측면에서 약 1/400(약 1만원 이내)에 해당되는 레이저모듈과 포토셀(Photocell)로 구성된 저가형 연기농도 측정 장치를 제안하고자 한다. 다양한 연기농도의 생성이 가능한 연기발생장치를 통해 위의 2가지 측정법의 결과가 비교·검토되었으며, 실제 폴리에틸렌 화염을 대상으로 저가형 연기 농도 측정장치의 성능이 평가되었다. 주요 결과로서, 새로운 저가형 광학 연기밀도 측정장치는 기존 고가의 장치에 비해 출력 전압신호가 정성적 및 정량적으로 매우 유사한 경향을 보이고 있다. 낮은 광학연기밀도의 범위에서 저가 장치는 약 ±15% 내에서 고가 장치의 측정값을 예측하고 있다. 그러나 수광부 센서의 최소 감지성능의 제약으로 인하여 연기밀도가 매우 높은 조건에서는 최대 +60%의 과대예측 결과를 보이고 있다. 이러한 원인은 광원과 수광부 센서의 성능검토를 통해 충분히 규명될 것으로 판단된다.

분광광도법에 의한 칼라 렌즈 내 염색제에 대한 흡광도 분석

최은정,정주현,Choi, Eun-Jung,Jung, Ju-Hyun 대한화학회 2009 대한화학회지 Vol.53 No.6

분광광도법으로 칼라렌즈 내 염색제에 대한 흡광도를 연구하였다. 사용된 렌즈와 염색제는 각각 CR-39 플라스틱 광학렌즈와 Ons & $Lavas^{(R)}$의 Blue 1800 이다. 칼라렌즈 내 염색제의 흡광도는 칼라렌즈와 CR-39 렌즈의 흡광도의 차를 이용하여 구하였으며, 염색제의 평균농도는 칼라렌즈와 CR-39 렌즈의 질량차로부터 구하였다. 칼라렌즈에 침투된 염색제에 대하여도 흡광도와 평균농도 사이에 Beer 법칙이 성립하였고, 검정선의 기울기로부터 흡광계수는 a=0.983 $Lg^{-1}cm^{-1}$임을 알아내었다. We studied absorbance of tinted dye absorbed into tinted lenses by Spectrophotometric method. Used lenses and tinted dye were CR-39 plastic optical lenses and Ons & $Lavas^{(R)}$ Blue, respectively. Absorbance values of tinted dye absorbed into tinted lenses were obtained from the differences of absorbance values between tinted lenses and CR-30 lenses. Average concentrations of tinted dye absorbed into tinted lenses were obtained from the mass differences between tinted lenses and CR-30 lenses. The relationship between absorbance and average concentration for tinted dye absorbed into tinted lenses was also confirmed to follow Beer’s law. The absorption coefficient calculated from the tangent of the calibration curve was determined to be a=0.983 $Lg^{-1}cm^{-1}$.

뇌과학 연구와 기능적 광학영상 기술동향

이충희 한국물리학회 2011 새물리 Vol.61 No.3

Functional optical imaging is a new imaging technique developed recently and can with minimal or no invasion obtain activated brain images arising from the hemodynamic response. The state of the art in brain science research and optical imaging of brain signal is reviewed. In addition R&D results and patents on optical imaging and functional near-infrared spectroscopy (fNIRS)related to the brain-activated hemodynamic response and obtained in major countries, including the United States, the European Union, Japan and Korea, are presented, and the technological levels of brain science research and optical imaging are evaluated. Finally, the future outlook for progress in brain science and optical imaging is provided. In this paper, the principles of optical imaging of an intrinsic signal and a voltage-sensitive dye (VSD), 3D optical imaging of blood volume and oxygenation in the neonatal brain, and fNIRS, as well as their applications in brain science,are presented. 뇌과학 연구와 기능적 광학영상기술의 국내외 연구개발 동향, 학술정보및 기술특허 분석을 통하여 미국, 유럽, 일본, 한국 등 주요국의 뇌과학연구와 기능적 광학영상기술 수준을 평가하고, 신경신호의 광학영상기술의 당면과제와 발전방향을 제시하였다. 본 논문에서는 내재성신호(intrinsic signal)의 광학영상, 전압에 민감한염료(voltage-sensitive dye, VSD)에 의한 광학영상, 신생아 뇌의혈액부피와 산소결합의 3차원 광학영상, 기능적근적외선분광학(functional Near Infrared Spectroscopy, fNIRS)영상기법과 이들 기술의 응용에 대하여 기술하였다. 주요국의 뇌과학연구와 기능적 광학영상기술 수준은 미국이 압도적으로 우세하여1위이며, 다음은 유럽, 일본, 한국 순이다. 한국은 기능적 광학영상기술연구개발, 발표 논문 및 특허에 있어 가장 열세이다.

RENO 실험에서 아크릴의 광학적 특성 연구

여인성,주경광 한국물리학회 2010 새물리 Vol.60 No.8

In this paper, we describe the measurement of the various optical parameters of acrylic used in the RENO experiment. The refractive index of acrylic is measured by using the minimum deviation technique. The absorbance is measured by using an UV/Vis spectrometer; then, the attenuation length is calculated from the absorbency by using the Beer-Lambert empirical equation. The optical parameters of the layers should be similar to keep the optical properties in each layer of RENO detector the same. We select acrylic as a material for the liquid scintillator container, because it has a good transmittance in the wavelength range of 400 nm ~ 430 nm and does not react with liquid-scintillating solvents inside the detector. RENO 실험의 액체섬광검출기에 사용하는 아크릴에 대한 여러 가지 광학적특성을 조사하였다. 굴절률은 프리즘 분광기를 사용하여 최소편향기법을통해 구했으며, 흡광도는 분광광도계를 이용하여 파장을 달리하면서측정하였다. 감쇄거리는 측정된 흡광도 값으로부터 Beer-Lambert 식에의해 계산하였다. RENO 검출기가 일정한 광학적 성질을 유지하기 위해검출기의 각 영역에서 측정한 물리 광학적 변수들의 성질은 급격히변하지 않아야 한다. 그리하여 실험에서 매우 중요하고 필요한 400 nm ~ 430 nm 파장대의 빛에 대한 투과율이 좋고 표면이액체섬광검출용액과 반응을 하지 않는 아크릴을 선택하였다.

레이저 형광법의 치아우식증 진단감도를 증진시키기 위한 필터링 시스템 개발

이상호,박종휘,국중기,이난영,Lee, Sang-Ho,Park, Jong-Whi,Kook, Jung-Ki,Lee, Nan-Young 대한소아치과학회 2003 大韓小兒齒科學會誌 Vol.30 No.2

본 연구의 목적은 레이저 형광법을 이용해 초기 치아우식증을 광학적으로 진단하기 위해 진단감도를 높이는 것이다. 소의 치아를 STPP 인공우식병소 유발용액에 침잠시키고 다양한 깊이의 병소를 유발한 후 표면에 아르곤 레이저를 이용해 형광현상을 유도하고 여러 가지 필터를 부착한 CCD 카메라로 이와 같은 형광현상을 촬영하여 컴퓨터로 전송하였다. 컴퓨터 영상분석 프로그램을 이용하여 병소 표면에서의 광밀도를 측정하였다. 이 실험에서 사용한 필터는 노랑색, 호박색, 오렌지색, 그리고 빨강색이였으며 광밀도를 측정한 후에는 치아 시편을 절단하여 편광현미경으로 실제 조직학적 병소의 깊이를 측정하고 병소의 깊이와 여러 가지 필터를 사용하여 측정한 병소 표면에서의 광밀도간의 상관관계를 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 조직학적 병소의 깊이가 증가될수록 호박색과 오렌지색 필터를 사용하여 측정한 병소 표면에서의 광밀도는 증가되었다. 2. 병소 표면에서의 광밀도와 조직학적 병소의 깊이 사이의 상관계수는 오렌지색 필터가 가장 컸으며(r=0.49), 다음 호박색(r=0.32) 노랑색(r=0.13), 빨강색(r=0.01) 순 이였다. 3. 회귀분석결과 오렌지색 필터를 사용한 경우 병소표면에서의 광밀도와 조직학적 깊이 사이에 가장 직선에 가까운 회귀방정식을 나타내었다. 이상의 결과를 종합해 볼 때 오렌지색 필터가 건전치질과 우식치질 사이의 색조대비를 잘 표현하여 진단감도를 높일 수 있는 방법으로 생각되며 이와 같은 레이저 형광법으로 치아우식증의 조기탐지는 물론 비침습적 방법으로 치아우식증의 진행정도를 평가할 수 있을 것으로 사료된다. The objective of this study is to improve the optical sensitivity of laser fluorescence for detection of incipient enamel caries. An incipient carious lesion was formed in various stages by placing an enamel specimen of a bovine tooth in STPP demineralization solution. After measuring the optical density of the lesion surface by laser fluorescence induced by argon laser and various alter of yellow(500-520nm), amber(520-540nm), orange(540-560nm), and red(560-580nm), the specimen was cut vertically to measure the depth of the lesion using a polarizing microscope. SAS statistical program was used to analyze the relationship between the optical density of the lesion suface and the depth of the lesion. The results were as follows: 1. The optical density of early carious lesion, measured by laser fluorescence with amber and orange filter, and lesion depth observed by polarizing microscope, were increased as demineralization time increased. 2. The correlation coefficient between optical density of the lesion surface and the histological depth of the lesion was the highest in orange filter(r=0.49), followed by amber(r=0.32), yellow(r=0.13) and red(0.01). 3. Regression analysis showed that the most linear relationship between the optical density and the lesion depth was existed in orange filter group. In regard above results, laser fluorescence could be considered to be reliable for optical diagnosis of dental caries.

반응 표면 분석법을 이용한 감시 정찰용 반사 굴절 광학계 부경 지지대의 형상 최적 설계

이상은(Sang Eun Lee),김대희(Dae Hee Kim),이태원(Tae Won Lee) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集A Vol.41 No.5

반사 굴절 광학계는 굴절과 반사를 이용하여 영상을 전달한다. 영상의 질을 높이려면 광학계에 있는 부경의 편심과 경사가 작게 발생되고 주경이 광량을 최대로 받도록 부경 지지대의 형상이 결정되어야 한다. 특히 감시 정찰용 광학계는 랜덤 가속도 진동을 심하게 받는다. 이러한 환경하에 최선의 설계를 하기 위하여 표준편차로 표현된 편심과 경사에 대한 제한조건을 만족하면서 부경 지지대의 부피를 최소화하여야 한다. 편심과 경사의 표준편차는 통계적인 표현이므로 이들에 대한 설계민감도를 해석학적으로 유도하기가 어렵다. 그러므로, 이 표준편차들을 반응 표면 분석법을 이용하여 2차 회귀 방정식으로 대체한 후 형상 최적 설계를 수행하였다. 검토 결과 본 논문의 방법이 랜덤 진동을 받는 강건한 부경 지지대의 형상 최적화에 효율적임을 알 수 있다. A catadioptric optical system produces images by refraction and reflection. To improve the image quality, the shape of the secondary mirror supporters should be determined to ensure that the centering error and tilt of secondary mirror are very small, and the main mirror receives the maximum amount of light. Furthermore, random acceleration vibration has a severe effect on the optical system for observation reconnaissance. In order to obtain the best design under these circumstances, the volume of the secondary mirror supporter must be minimized while satisfying the constraints expressed in standard deviations of the centering error and tilt. It is difficult to analytically calculate the design sensitivities of the standard deviations, because they are statistically defined. Hence, after their second-order regression equations were determined using a response surface methodology, an optimal geometric design was obtained. As a result, it was found that the method proposed in this paper, which included a random vibration analysis, was effective in obtaining the optimal design for a secondary mirror supporter with robustness.

금속간 화합물 나노 입자의 광학 성질에 대한 사례 연구: AuCu 나노 입자의 소광 효율

류설 한국물리학회 2018 새물리 Vol.68 No.5

A density functional theory was employed to calculate the permittivity of a AuCu intermetallic alloy, which was, in turn, used for Mie theory to evaluate the extiction property of a 100 nm alloy nanoparticle. The extinction of the AuCu intermetallic alloy nanoparticle was found to be quite distinct from that of the pure metal, either Au or Cu, nanoparticle. Intriguingly, the maximum extinction wavelength of the alloy nanoparticle was blue shifted by about 130 nm from that obtained with a linear combination of the permittivities of the two individual components. This case study suggests that controlling the optical properties of metal or alloy nanoparticles via permittvity tuning is possible, implying that the permittivity can serve as a new parameter, in addition to the well-known size and shape, in controlling plasmonic optical properties. 밀도범함수 이론을 이용하여 금속간 화합물 합금 AuCu의 유전율을 얻은 후, 이 합금 성분의 100 nm 나노 입자에 대한 소광 성질을 Mie 이론으로 계산하였다. AuCu 금속간 화합물 합금의 소광은 Au 또는 Cu의 순 금속 나노입자의 것과는 뚜렷하게 구분되었으며, 흥미롭게도 이 합금 나노 입자의 최대 소광 파장은 각 성분 유전율의 단순 선형 결합으로 계산된 최대 소광 파장으로부터 약 130 nm 청색이동되어 있음이 확인되었다. 본 사례 연구의 결과는 합금의 유전율 제어를 통하여 금속 계열 나노 입자의 광학 성질을 조절할 수 있음을 시사하며, 잘 알려져 있는 조절 변수인 크기 및 모양과 더불어 유전율이 플라즈몬에 기반한 광학 성질을 제어하는 새로운 변수가 될 수 있음을 의미한다.

RENO 실험에서 선형알킬벤젠 기반 액체섬광검출용액의 광학적 특성 연구

여인성,주경광 한국물리학회 2011 새물리 Vol.61 No.8

The RENO (Reactor Experiment for Neutrino Oscillation) experiment is designed to measure the unknown neutrino mixing angle parameter Θ_(13) by using anti-neutrinos emitted from the Yonggwang nuclear power plant in Korea. The reactor anti-neutrinos are detected through the IBD (Inverse Beta Decay) process followed by neutron capture. The prompt positron annihilates and yields an ~1 MeV visible energy. After a few μsec, an ~8 MeV delayed neutron signal captured by gadolinium (Gd) is released. The RENO detector consists of four concentric cylindrical layers; from the inner to the outermost, the four layers are the target, the γ-catcher, the buffer and the veto. The target consists of an acrylic vessel holding the gadolinium-loaded liquid scintillator (GdLS). The target is surrounded by the γ-catcher, which is filled with the LS. The buffer contains MO (mineral oil). The veto is filled with pure water. If the wavelength, the concentration, and the absorption are to be optimized, having exact knowledge of the optical properties of the liquid scintillator is very important. Based on our measurements, we calculate the attenuation length, the scattering fraction, and the absorption probability. RENO (Reactor Experiment for Neutrino Oscillation) 실험은 영광원자력 발전소 부근의 원자로에서 나오는 중성미자를 검출하여 진동변환상수를 측정하는 실험이다. 원전 핵반응에서 방출된 중성미자가검출기내의 양성자 표적에 충돌해 양전자와 중성자가 생성되는 역베타붕괴 (IBD, Inverse Beta Decay) 과정을 이용한다. 여기서 양전자는전자와 쌍소멸 (pair annihilation)한 후 각에너지가 ~0.511 MeV가되는 2개의 감마선을 방출한다. 한편 중성자는 수 μsec정도진행하다가 가돌리늄 (Gd)에 의해 포획되어 ~8 MeV의 에너지를방출한다. 이 두 에너지의 시간차에 의해 중성미자를 재구성할 수 있어배경사건을 효과적으로 줄일 수 있다. 검출기는 원통형으로 이루어져있는데 안쪽에서 바깥쪽으로 target, γ-catcher, buffer, veto의4영역으로 나누어지고, Gd-LS (Gd-loaded Liquid Scintillator), LS (Liquid Scintillator), mineral oil, 3차 증류수가 각각 채워진다. 액체섬광검출용액은 RENO 실험에 맞게 파장, 농도, 흡광도 등을최적화해야 하기 때문에 이들 물질의 광학적 성질을 정확히 아는 것은매우 중요하며 이 결과를 이용하여 감쇄거리 (attenuation length),산란비율 (scattering fraction), 흡수 확률 (absorption probability)을구해보았다.

A Study on the Manufacturing of Photochromic Contact Lenses using Spiropyran Derivatives

Cheol-Woo Lee,Geun-Chang Ryu 대한시과학회 2016 대한시과학회지 Vol.18 No.2

목 적: 본 연구는 광 변색 콘택트렌즈 제조에 필요한 spiropyran을 합성하여 캐스트몰드공법과 샌드위치 공법으로 광 변색 콘택트렌즈를 제조하고, 각각의 특성을 비교하여 광 변색 콘택트렌즈의 가능성을 확인하 고자 한다. 방 법: 캐스트몰드공법은 spiropyran과 HEMA, EGDMA, NVP, MMA와 함께 공중합 하여 제조하였고, 샌드위치공법으로는 HEMA, EGDMA, NVP, MMA를 1차 공중합 하여 제조한 콘택트렌즈 표면에 spiropyran을 바인더와 혼합하여 흐름 코팅 후 그 위에 HEMA, EGDMA, NVP, MMA를 2차 공중합 하여 제조하였다. 그리고 각각 제조된 렌즈의 물리적 특성을 평가하기 위해 함수율, 접촉각을 측정하였다. 자외 선에 의해 광 변색 기능을 확인하기 위해 자외선을 1분간 조사 후 색상 변화 및 흡광도를 측정하였으며, 이 후 암실에서 10분 후에 다시 측정하였다. 결 과: 캐스트몰드공법으로 제조한 콘택트렌즈의 함수율과 접촉각은 35.21%와 70.80°이었으며, 자외선 에 의한 광 변색 기능은 전혀 없는 것으로 나타났다. 반면 샌드위치공법으로 제조한 콘택트렌즈의 함수율과 접촉각은 40.35%와 47.85°이었으며, 자외선에 의해 보라색으로 변색되었고 암실에서 투명해지는 광 변색 기능을 확인할 수 있었다. 결 론: 캐스트몰드공법으로 제조한 콘택트렌즈의 경우 자외선에 의해 변화가 전혀 없는 것으로 나타나 광 변색 콘택트렌즈의 기능을 하지 못하는 것으로 나타났다. 그러나 샌드위치공법에 의해 제조된 광 변색 콘택 트렌즈는 함수율과 접촉각 등에 큰 영향을 주지 않으면서 빠른 광 변색 특성을 나타내어 광 변색 콘택트렌즈 의 제조에 적합할 것으로 사료된다. Purpose: The purposes of this study are to synthesize spiropyran derivatives for the development of photochromic contact lens using both casting-mould and sandwich processes and to investigate their photochromic and physical properties. Methods: The casting-mould method was performed by a manufacturing process in which monomers including spiropyran, HEMA, EGDMA, NVP and MMA were introduced into a solid mold and polymerized to solidify. The sandwich process producing triple-layered structures started with the 1st-copolymerization of HEMA, EGDMA, NVP and MMA. The resulting substrate was coated with a mixture of binder and spiropyran derivative, followed by 2nd-copolymerization with the same monomer ratio as the 1st-copolymerization process. The water content, contact angle, and optical properties of the manufactured lenses were investigated. The photochromic properties of the lenses such as color change behavior and absorbance were investigated under UV-light exposure for 1 min or in dark-room for 10 min. Results: The contact lenses prepared by casting-mould method showed water content of 35.21% and contact angle of 70.80° with a non-photochromic property. For the sandwich process, the lenses exhibited water content of 35.21% and contact angle of 70.80° with a good photochromic property. The lenses showed deep purple in color after exposure of UV light while they became colorless in dark-room. Conclusions: The contact lenses prepared by casting-mould method showed a non-photochromic property. The application of sandwich process exhibited a photochromic behavior without changes in the water content and contact angle of the lenses, suggesting that this method has practical and potential applications in contact lens industry.

설폰아미드계 항생물질의 오존산화분해에 대한 계산화학적 해석 및 실험적 검증

원정식(Jung Sik Won),임동희(Dong Hee Lim),서규태(Gyu Tae Seo) 大韓環境工學會 2014 대한환경공학회지 Vol.36 No.6

본 연구에서는 상수원에서 문제시 되고 있는 미량오염물질의 처리에 대한 연구를 하기 위해선 많은 시간과 비용이 소요되는데, 이를 절감하기 위한 대안으로 양자화학적 기반의 범밀도함수이론(Density Functional Theory, DFT)을 활용하여 물질간의 상호 반응성 및 분해과정을 해석하였다. 본 연구에서 다루고 있는 물질은, 최근 낙동강 수계에서 빈번히 검출되고 있는Sulfonamide 물질 3종(sulfamethazine, sulfathiazole, sulfamethoxazol)을 선정하였으며, 이론적인 연구로는 DFT모델링, 실험적 연구로는 UV-VIS 및 FT-IR 등의 분광분석을 하여 비교 및 검증을 하였다. DFT모델링을 실시한 결과 Sulfonamide물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)와 오존의 LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) 사이에서 반응이 가장 유리하며, Sulfonamide 물질의 HOMO를 가시화 한 결과 Sulfanilamide기에서 전자밀도가 높게 나타나므로 Sulfanilamide기에서 반응이활발할 것이라 예측되었다. UV-VIS 실험결과 260 nm에서 Sulfanilamide기가 검출되었으며, 오존산화시 검출된 Sulfanilamide기가 빠르게 사라짐을 알 수 있었다. FT-IR분석결과로써 Sulfanilamide기에서도 그 한 부분인 아민기(N-H)에서 가장 활발한 제거반응이 일어남을 알 수 있었으며 이러한 결과로부터 DFT모델링 방법을 통해서 정수처리 공정에 대해서 반응을 예측할 수있음을 확인하였다. Concern has grown over a presence of micropollutants in natural water since sulfonamide antibiotic substances such assulfamethazine, sulfamethoxazole, sulfathiazole have been frequently detected in Nakdong River, Korea. The current work investigatesthe degradation of the three sulfonamide substances by using quantum chemistry calculations of density functional theory (DFT)and experimental measurement techniques of Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and ultraviolet-visible spectrophotometer(UV-VIS). DFT calculations demonstrate that the lowest energy gap between the highest occupied molecular orbital (HOMO) andthe lowest unoccupied molecular orbitals (LUMO) lies in sulfanilamide functional group of sulfonamide, implying that the sulfanilamidefunctional group would be the most active site for ozone oxidation. Also, UV-VIS spectra and FT-IR analysis reveal that 260nm band originated from sulfanilamide group was absent after ozone oxidation, indicating that a functional group of amine (N-H) wasremoved from sulfanilamide. Both theoretical and experimental observations agree well with each other, demonstrating the DFTcalculation tool can be an alternative tool for the prediction of chemical reactions in purification treatment processes.