고출력 광섬유 레이저 기술의 현황 및 전망

권영철,박경윤,이동열,장한별,이승종,루이스 알론소 바즈게즈 주니가,이용수,김동환,김현태,정윤찬,Kwon, Youngchul,Park, Kyoungyoon,Lee, Dongyeul,Chang, Hanbyul,Lee, Seungjong,Vazquez-Zuniga, Luis Alonso,Lee, Yong Soo,Kim, Dong Hwan,Kim, Hyun Tae 한국광학회 2016 한국광학회지 Vol.27 No.1

최근 20 여년간의 괄목할만한 발전을 통해 단일 광섬유 레이저의 출력은 이미 kW 수준을 상회하고 있으며, 기존의 벌크 방식 레이저의 대체 기술로서 여전히 학계 및 산업계의 뜨거운 관심을 받고 있다. 본 논문은 이와 같은 광섬유 레이저의 괄목할만한 성장을 가능하게 한, 이터븀(Ytterbium) 혼입 이득 광섬유 사용 방식, 레이저 다이오드 펌프와 이중 클래딩 광섬유 구조를 통한 광학적 펌프 방식, 더 나아가서 양자결함을 최소화 하는 종렬 펌핑 방식 등 그 주요 요소 기술들을 개괄하고, 그 극한적 고출력화에 따른 발진 효율 및 특성 저하, 시스템 열화 및 불안정성 증대 등과 같은 고출력 광섬유 레이저 기술 자체가 직면하고 있는 다양한 기술적 문제점 및 그 완화 방안을 논의한다. 여기에서는 광섬유 레이저의 고출력화와 더불어 야기되는 다양한 형태의 광섬유내 비선형 현상, 광섬유 손상 및 모드 불안정 현상에 대한 논의를 포함한다. 이와 더불어, 전술한 다양한 출력 제한 현상을 극복함과 동시에 광섬유 레이저의 출력을 현격한 수준으로 더욱 증가시키기 위한 대체 방안으로 최근 주목을 많이 받고 있는 다중 빔 결합 기술에 대해 개괄적으로 논의한다. 특히, 분광형 다중 빔 결합 기술의 개념적 시스템 구성 요소 및 각 부문별 요구 기술에 대해 보다 심화된 논점을 둔다. 최종적으로 현 수준을 뛰어 넘는 광섬유 레이저의 출력 증대와 본 기술의 지속적 발전을 위한 앞으로의 발전 방향을 논의한다. Over the past two decades, fiber-based lasers have made remarkable progress, now having reached power levels exceeding kilowatts and drawing a huge amount of attention from academy and industry as a replacement technology for bulk lasers. In this paper we review the significant factors that have led to the progress of fiber lasers, such as gain-fiber regimes based on ytterbium-doped silica, optical pumping schemes through the combination of laser diodes and double-clad fiber geometries, and tandem schemes for minimizing quantum defects. Furthermore, we discuss various power-limitation issues that are expected to incur with respect to the ultimate power scaling of fiber lasers, such as efficiency degradation, thermal hazard, and system-instability growth in fiber lasers, and various relevant methods to alleviate the aforementioned issues. This discussion includes fiber nonlinear effects, fiber damage, and modal-instability issues, which become more significant as the power level is scaled up. In addition, we also review beam-combining techniques, which are currently receiving a lot of attention as an alternative solution to the power-scaling limitation of high-power fiber lasers. In particular, we focus more on the discussion of the schematics of a spectral beam-combining system and their individual requirements. Finally, we discuss prospects for the future development of fiber laser technologies, for them to leap forward from where they are now, and to continue to advance in terms of their power scalability.

GPS를 이용한 서울-제천 지역의 대류층 천정 지연 평가

권영철,한욱,박필호,Kwon, Young-Cheol,Han, Uk,Park, Pil-Ho 한국지구과학회 2000 韓國地球科學會誌 Vol.21 No.4

이 연구는 GPS를 이용한 서울-제천지역에 대한 대류층 천정 지연 분석에 관한 것이다. 다양한 기상조건하에서 정확도를 보장하는 GPS 측위를 위하여 대류층 천정 지연과 GPS 정밀도와의 연관성을 분석하였다. Bernese 4.0소프트웨어로 산출한 대류층 천정 지연값의 증가시 GPS 측위 오차도 증가하였다. 대류층에 의한 오차는 평균 20 cm 였으며, 보정 모델 사용시 모두 5cm 범위내로 줄일 수 있었으며, 보정 모델 간에는 차이가 거의 없었다. GPS 측위오차와 대류층 천정 지연의 상관관계를 밝힘으로써 전선의 이동상황을 모니터링할 수 있으며 이는 GPS 기준망의 확장으로 가능할 것이다. The estimation of tropospheric zenith delay over the Seoul-Jecheon area using GPS is presented. Over the past ten years, the world-wide industrial nations have been intensively concerned over increasing GPS surveyings in the various fields of earth science. To preserve precise positioning under various weather conditions, relationships between tropospheric zenith delay and GPS accuracy are analyzed. GPS accuracies are compared with tropospheric zenith delay produced by Bernese 4.0 software. Errors of tropospheric delay are 20cm in mean and reduced up to 5cm when tropospheric correction models are used. Correlation between error of GPS and tropospheric zenith delay plays a positive role to monitor the migration of weather front in the established Korean GPS network.

고성능 진공단열재의 건축적인 적용에 관한 연구

권영철,김석,Kwon, Young Cheol,Kim, Suk 한국토지주택공사 토지주택연구원 2019 LHI journal of land, housing, and urban affairs Vol.10 No.3

현존하는 단열재 중 가장 열전도율이 낮은 진공단열재(VIP; Vacuum Insulation Panel)는 특수한 재질의 외피재(Envelope)와 외피재 내부의 심재(Core Material), 그리고 단열재 내부의 공기를 흡착하는 흡착제(Getter)로 구성되어 있고, 단열성능을 극대화하기 위해 내부를 진공처리한 제품이다. 진공단열재의 외피재는 알루미늄 박막 필름이 주로 사용되며, 진공단열재의 수명 및 신뢰성을 결정하는 중요한 소재이다. 본 연구를 통하여 불연성이 확보된 Fiber Glass 심재 진공단열재의 방화성능 및 단열성능 확인과 함께 건축적인 적용가능성을 검토하였으며 그 내용을 정리하면 다음과 같다. 1) 20mm 두께의 Fiber Glass 심재 진공단열재의 열전도율이 0.00177W/m·K로, 두께 20mm로 지역별, 부위별 강화된 단열기준을 모두 충족할 수 있음을 알 수 있었다. 2) 진공단열재에 대한 불연성능시험과 가스유해성시험 결과, 불연재료로 적합한 것으로 나타났다. 3) 불연 진공단열재의 장기내구성 시험결과, 25년이 지나더라도 스치로폼 및 유리섬유에 비해 10배 이상의 단열성능을 유지할 수 있음을 알 수 있었다. 4) 건물의 외벽 열관류율 0.12W/㎡K 이하를 만족하기 위해, 준불연성능이 확보된 단열재인 "가"등급의 비드법 보온판 2종 4호와 페놀폼을 사용한다면 각각 280mm, 170mm 이상을 써야하지만, 불연 진공단열재는 20mm 두께로 동일 단열기준을 만족할 수 있는 것으로 나타났다.5) 고성능 진공단열재는 열관류율 0.12W/㎡K 이하를 기준으로 가격경쟁력이 페놀폼 대비 약 1,500원/㎡ 뛰어난 것으로 나타났다. Vacuum Insulation Panel(VIP) has the lowest thermal conductivity among present insulations. It is composed of envelope, core material and getter. Aluminum film is usually used as the envelope of VIP, and it is important component to decide the useful life of VIP. In this research, the thermophysical properties of incombustible fiber glass core VIP were investigated with the possibility of its architectural applications. The results of this research can be summarized as follows: 1) The thermal conductivity of 20mm-thick fiber glass core VIP is resulted as 0.00177W/m·K, which means that 20mm-thick VIP can meet all the reinforced insulation guideline and it can be used in any envelope of any region in Korea. 2) As a result of the test of incombustion and gas toxicity, fiber glass core VIP was suitable for incombustible material. 3) As the test result for the long term thermal conductivity, fiber glass core VIP was found out that it would keep above 10 times insulating performance than polystyrene foam and glass fiber. 4) To meet the thermal transmittance of 0.12W/㎡K, limited-combustible insulation of expanded polystyrene foam and phenolic foam should be used respectively as thick as above 280mm and 170mm, incombustible VIP can meet the same insulation level with 20mm thickness. 5) The price competitiveness of incombustible VIP to meet the thermal transmittance of 0.12W/㎡·K was about 1,500won/㎡ higher than that of phenolic foam.

선박오염방지에 관한 국내법률 제정안 제시

권영철,백철호,유영종,이찬재,Kwon, Young-Cheol,Baik, Cheol-Ho,Yoo, Young-Jong,Lee, Chan-Jae 선박안전기술공단 2010 선박안전 Vol.29 No.-

IMO에서는 MEPC58차, 59차 회기에서 선박평형수, 온실가스, 선박재활용 등 약 20종의 의제가 논의되었으며 이들 중에서 시급성을 요하는 NOx, SOx 강화기준, 유조선간 유류이송, IOPP증서 및 기름기록부의 양식변경 등에 관한 MARPOL 부속서6 및 1의 결의사항에 대하여 국내의 해양환경법에도 국제협약의 개정사항을 수용해야 한다. 또한, 정부에서는 현행의 해양 환경관리법에서 선박오염방지에 관한 법률을 분리제정하려는 동향이 있는 바 정부시책에 동참하는 선상에서 국제협약의 개정사항을 반영한 선박해양오염방지에 관한 법률 제정안을 선박검사 기관의 입장에서 제시한다.

친환경 토양안정재를 혼합한 지반의 강도특성

권영철(Kwon, Youngcheul),오세욱(Oh, Sewook) 한국지반환경공학회 2012 한국지반환경공학회논문집 Vol.13 No.1

본 논문에서는 무해성 고화재와 건설공사 시 발생하는 흙을 이용하여 포장재료로 혼합 처리하는 방안을 연구하고자 한다. 특히, 일반적으로 고화재로 많이 사용되어 온 시멘트가 갖고 있는 유해성(6가크롬 등)을 극복함과 동시에 고강도 화 함으로써 준설토 처리, 해안구조물 기초처리, 사면표층안정처리, 하천제방 침식 방지 등 전반적인 토목/건축 구조물 기초보강 및 안정처리공법에 활용하고자 하는데 연구의 목적이 있다. 본 연구에 사용된 NSS(Natural Stabilizer Soil)는 천연섬유에서 추출한 단섬유와 석회 등을 혼합한 재료를 주원료로 하며, 흙의 전단강도를 증가시켜 지반의 지지력과 내구성을 향상시키고 침수와 동해를 방지하는 특징을 가지고 있다. 친환경성을 측정하기 위한 pH측정결과 6.67~7.15로 나타났으며, 용출시험 결과 납(Pb)과 시안(CN)만이 기준치 이하로 나타나 NSS자체에 포함된 유해성분은 거의 없는 것으로 판정되었다. 일축강도 실험결과 풍화토와 NSS의 혼합비율 6%에서 약 1,850kpa의 강도를 발현하는 것으로 나타났으며, 포장재로써의 적부를 판정하기 위한 CBR. 시험결과 원지반의 CBR은 4%~6%인데 비하여 NSS의 혼합비가 6% 이상인 경우 수침 CBR.값은 100% 이상으로 포장재료로써 활용도가 매우 높을 것으로 기대된다. This article aims to find method to mix a harmless hardening agent and soil generated during construction to make paving materials. The main purpose of this research is to get rid of the harmfulness(Chromium (VI), etc.) of cement which has been generally and frequently used as a hardening agent and strengthen it so that it can be used for the general foundation solidification and stabilization of civil engineering/construction structures such as dredging soil treatment, marine structure foundation treatment, surface soil stabilization, and river bank erosion prevention. NSS(Natural Stabilizer Soil) used for this study takes as its chief ingredient the mixture of lime and staple fibers extracted from natural fibers. It increases the shearing strength of soil that it improves the support and durability of the foundation and prevents flooding and frost as well. The pH measured to know its eco-friendliness was 6.67~7.15, and according to the migration testing, only Pb and CN were lower than the standards, so it can be said that NSS has almost no harmful components in it. According to the result of uniaxial strength testing, when the mixture ratio of weathered soil to NSS was 6%, about 1,850kpa strength was expressed. And according to the result of CBR. testing to figure out its appropriateness as a paving material, the CBR of the foundation was 4%~6%. But when the mixture ratio of NSS is over 6%, the water immersion CBR. is over 100%; thus, it is expected that it will show great utility as a paving material.

학교시설 친환경건축물인증 사례를 통한 토지이용 및 교통 평가항목 분석

권영철(Young-Cheol Kwon),곽문근(Moon-Geun Kwag),최창호(Chang-Ho Choi) 대한설비공학회 2010 설비공학 논문집 Vol.22 No.9

The purpose of this study is to analyze 40 certified Education facilities and to find the way to acquire high scores and usefully method. As a result of analyzing the scores of 40 cases, We found the reasons why they had acquired low scores and high scores. Because the part of land use and transport is initial of the projects, this study focus on it and aim to pick out the items requiring improvement for the Education facilities. We expect to be helpful for the next design works through results of this study.

상대밀도와 반복전단이력의 차이에 의한 모래의 액상화 후 재압축 특성

권영철(Kwon, Youngcheul) 한국지반환경공학회 2012 한국지반환경공학회논문집 Vol.13 No.1

액상화에 의한 지반 파괴는 지반 진동이 발생하는 도중은 물론이고 지반 진동이 종료된 이후에도 크게 발생할 가능성이 있다. 이러한 지반 변형 혹은 파괴 과정 중에는 지반 내에서 과잉간극수압의 재분배가 일어나고, 그 결과 시시각각 흙의 유효응력이 변화하게 된다. 따라서 지진 후 배수 과정에서는 전체 배수량의 변화뿐만 아니라 배수과정에서 흙의 유효응력 변화특성이 매우 중요하다고 생각된다. 본 연구의 주요한 목적은 다양한 비배수 전단이력을 모래에 가한 후 발생하는 체적압축특성, 즉 체적변형률과 평균유효응력의 관계를 밝히는 것이다. 본 연구에서는 모래의 상대밀도와 반복전단이력을 변화시켜가면서 반복전단 삼축압축시험을 실시하고 그 결과를 액상화 후의 재압축 특성에 초점을 맞추어 분석하였다. 시험 결과 모든 경우에서 평균유효응력이 0이 되는 영역에서 체적변형률의 발생이 급증하는 패턴을 보였으며 세립분을 포함하고 있는 풍화토가 보다 완만한 패턴을 보이고 있었다. 또한 반복재하에 의한 액상화 후의 압축특성은 누적 손실에너지와 최대전단변형률에 크게 의존하고 있으며 이러한 경향은 상대밀도나 재하이력 및 흙의 종류에 관계없이 동일한 경향으로 나타나고 있음을 알 수 있었다. 특히 세립분을 포함하는 모래에서는 누적 손실에너지와 최대체적변형률의 일정한 추세선을 확인할 수 있었으나, 표준사와 같은 입도가 균등한 흙에서는 팽창 특성에 의해 유효응력이 일시적으로 상승하면서 통일성 있는 관계로 파악하기 어려웠다. Ground failure by liquefaction can occur not only during shaking but also as the result of the post-liquefaction process after an earthquake. During the process of ground deformation and failure, excess pore water pressure in soil is redistributed, which can then lead to changes in the effective stress of soils. Therefore, in order to provide a further understanding of the phenomenon, we have to estimate the properties of effective stress during the recompression process in post-liquefaction as well, not only the total amount of pore water drained. The primary objectives of this study are to determine and compare the recompression properties in the post-liquefaction process in terms of the relationship between volumetric strains and mean effective stresses under the various conditions of relative density and shear stress history. In all experimental cases, the volumetric strains increase greatly in the low effective stress level, almost to the zero zone, and granite soil, which has fine grains, undergoes gradual changes in the relationship between volumetric strains and mean effective stresses compared with fine sand. And, we can also find that recompression properties in the post-liquefaction process by cyclic loading depend highly on the dissipation energy and maximum shear strain, and this fact can be obtained in all cases regardless of the existence of fine content, relative density, and loading history. Especially, granite soil having fine grains can be defined uniformly in the relationship between dissipation energy and maximum volumetric strain, while fine sand cannot be so uniformly defined.

Low-E 단열재 적용에 따른 단열두께 절감 효과 분석

권영철(Kwon Young-Cheol),이재혁(Lee Jae-Hyuk),최원기(Choi Won-Ki) 한국건축친환경설비학회 2010 한국건축친환경설비학회 논문집 Vol.4 No.4

Great concern on the building energy saving and reinforced governmental energy policy have resulted in the revision of building energy regulation. To meet the energy saving requirement, buildings should be insulated much more thicker or super-insulation should be applied. In these respects, this study presents a new insulating method using low emissive and high reflective Low-E insulation through the comparative analysis of thermal performance of existing resistive insulation and Low-E insulation. To analyze those thermal performances. A unit of an apartment building was selected to calculate its thermal load depending on the alternative insulations. TRNSYS program was used for the simulation, and the results of the simulation are as follows. It was indicated that Low-E insulation could achieve the most excellent insulating performance with the thinnest structure. In case of reinforced super-insulation, the existing resistive insulation should be used as thick as 250 mm, but Low-E insulation could meet the same performance with half thickness of 120 mm. Thanks to the reduced thickness of insulation, Low-E insulation has the advantage in applying to high-rise buildings and it is believed to gather the interests of construction companies which have difficulty in solving the strick insulating problem. Based on the results of the simulation, in-situ tests on the thermal performance and workability will be followed to verify the excellence of Low-E insulation.

동시 냉난방 히트펌프용 루버핀-관 열교환기 성능 및 전열특성 실험연구

권영철(Kwon, Young-Chul) 한국산학기술학회 2007 한국산학기술학회논문지 Vol.8 No.6

본 연구에서는 동시 냉난방 히트펌프용 열교환기의 성능평가 및 설계해석 기술의 확보를 위해 난방운전 온도조건에서 6종의 루버핀-관 열교환기의 공기측 열전달특성 및 마찰특성을 실험을 통하여 조사하였다. 실험을 위해 공기엔탈피방식의 칼로리미터와 항온수조를 이용하였다. 전열량의 증가는 핀피치보다 열수에 의해 더 크게 나타났고, 핀피치가 작을수록 열전달계수는 더 높았다. 또한 핀피치가 작을수록 열수증가에 의한 열전달계수의 증가폭이 커졌다. 핀피치와 열수변화에 대한 j-계수와 f-계수는 레이놀즈 수가 증가할수록 감소하였고, 레이놀즈 수 400부근의 영역에서 역전현상이 존재하였다. An experimental study has been performed to investigate the performance and heat transfer characteristics of the heat exchanger for simultaneous cooling/heating heat pump. The heat transfer performance was measured using an air-enthalpy calorimeter and a constant temperature water bath, to obtain the performance evaluation and analysis of a fined tube heat exchanger. Six finned tube heat exchangers with louver fin were tested under a heating condition. Air-side heat transfer and friction were presented in terms of j-factor and f-factor. The heat transfer coefficient increased with decreasing the fin pitch. j-factor and f-factor on the fin pitch and the number of tube rows decreased with increasing Reair.

해수용 열교환기의 코팅 부식특성 실험연구

권영철(Kwon, Young-Chul),김기영(Kim, Ki-Young),허철(Huh, Cheol),조맹익(Cho, Meang-Ik),권정태(Kwon, Jeong-Tae) 한국산학기술학회 2013 한국산학기술학회논문지 Vol.14 No.9

본 연구에서는 해수용 열교환기의 코팅에 따른 해수 부식특성을 조사하기 위해 실험이 수행되었다. 코팅은 테플론, 전착, 세라믹+실리콘 3종을 선정하였고, 코팅되지 않은 알루미늄 부식과 비교하였다. 해수부식을 가속시키기 위하여 70℃ 고온의 농도 3.5% 인공해수를 제작하여 9주 동안 침지부식을 시켰다. 침지기간에 따른 코팅의 부식특성 변화를 관찰하기 위하여 임피던스 분광법과 SEM을 이용하였다. Bode 선도에서 얻어진 분극저항으로부터 코팅재질의 내부식성을 확인하였다. 이중코팅은 4주 이후에도 코팅의 내부식성을 유지하였다. 또한 침지기간에 따라서 금속모재 와 점착된 코팅면 사이에 블리스터가 발생할 수 있음을 확인하였다. In the present study, coating corrosion characteristics of the heat exchanger for sea water are experimentally investigated. Coating types by a teflon, an electrodeposition and a ceramic+silicon were tested and compared with the corrosion characteristics of an aluminum. For the acceleration of corrosion by sea water, the temperature of sea water 70℃ and the concentration of salt 3.5% were considered. And the specimens were immersed in sea water during 9 weeks. Coating corrosion characteristics were measured by using the impedance method and SEM. Experimental results showed that polarization resistances obtained from Bode plot were related to the corrosion resistance of coating types, and the corrosion resistance of double coating were maintained during 4 weeks. From SEM photograph, we saw that blisters was generated on the interface between metal and coating.