간섭계를 이용한 투명한 광학창의 굴절률 측정

김석원 ( Sok Won Kim ),이원규 ( Won Kyu Lee ) 한국화상학회 2008 한국화상학회지 Vol.14 No.4

비접촉식 방법에 의한 원통형 물체의 지름 측정

임복룡,김석원,Im, Bok-Ryoung,Kim, Sok-Won 한국광학회 2005 한국광학회지 Vol.16 No.3

Although there are many ways to measure the diameter of a cylindrical object, in this study, the diameter of a cylindrical objects were measured by the geometric optical method and interference-diffraction method which are two kinds of tipical non-contact methods. In geometric optical method, the curved laser beam is formed on the cylindrical surface by spreading the inclined laser beam using the cylindrical lens. The curve is captured by CCD camera and the diameter is calculated by geometry. And the interference and diffraction patterns of investigated cylindrical objects are analyzed in interference-diffraction method. In this study, the cylindrical objects, whose diameters are $0.05\;mm\;\~\;100.50\;mm$ were measured by the geometric optical method and interference-diffraction method. The results show that in each method, the relative errors of the measurement are within $2\%$ and $1\%$, respectively and these non-contact methods can be applied in the quick measurement of many objects. 원통형 물체의 지름을 측정하는 방법에는 여러 가지가 있지만 본 연구에서는 두 가지 비접촉식 방법인 기하광학적 방법과 간섭${\cdot}$회절 방법으로 원통형 물체의 지름을 측정하였다. 기하광학적인 방법은 원통형 렌즈를 이용하여 기울인 레이저 광선을 원통형 물체의 옆면에 비추어 나타나는 곡선을 CCD 카메라로 포착하고 이 곡선을 기하학적인 방법으로 계산하는 것이며 간섭${\cdot} $회절에 의한 방법은 스크린에 나타난 물체에 의한 레이저광의 간섭${\cdot}$회절무늬를 측정하고 분석하는 방법이다. 버니어 캘리퍼스로 측정한 평균 지름이 $0.05\;mm\;\~\;100.50\;mm$ 인 원통형 물체를 기하광학적 방법과 간섭${\cdot}$회절 방법으로 측정한 결과 각각의 상대오차가 $2\%$ 와 $1\%$범위 이내였고 다량의 물체 지름을 신속히 측정하는데 응용될 수 있음을 확인하였다.

다중벽 탄소 나노튜브 현탁액의 광 리미팅 특성

유효정,김석원,Yu Hyojung,Kim Sok Won 한국광학회 2004 한국광학회지 Vol.15 No.5

광 리미터는 입사광의 세기가 커질때 투과율을 줄여서 눈과 센서를 보호하는 광소자이다. 최근에 높은 효율의 광 리미터 재료로 알려진 다중벽 탄소 나노튜브 분말을 증류수, 클로로포름, 에탄올, 에틸렌 글리콜과 같은 용매에 각각 섞어 현탁액을 만들고 실온에서 용매의 끓는점까지 온도를 변화시키면서 광 리미팅 효율의 변화를 관측하였다. 광원으로는 펄스폭이 6 ns이고 파장이 1064 nm인 Q-스위칭된 Nd:YAG 레이저 펄스를 사용하였다. 관측 결과, 다중벽 탄소 나노튜브 현탁액의 온도가 증가할수록 광 리미팅 효율이 나빠졌고 현탁액 용매의 끓는점, 점도 그리고 표면장력 값이 낮을수록 광 리미팅 효율이 좋아짐을 확인하였다. The optical limiter is an optical component which reduces laser beam intensity for the protection of eyes and light sensors. Carbon nanotube is now known as a highly efficient optical limiting material. Optical limiting effect of the multi-walled carbon nanotube suspensions, in several kinds of solvents such as distilled water, chloroform, ethanol and ethylene glycol, were measured in the range from room temperature to near to the boiling points of the solvents. The pulsed Nd:YAG laser whose wavelength is 1064 nm and pulse duration is 6 ns was used as a light source. The experimental result shows that the limiting efficiency was reduced as the temperature increased, and the suspension which has lower boiling point, viscosity and surface tension has highest efficiency.

레이저광의 최대.최소 편향법을 이용한 액체의 굴절률 측정

이재란,김석원,이용산,Lee, Jae-Ran,Kim, Sok-Won,Lee, Yong-San 한국광학회 2008 한국광학회지 Vol.19 No.3

프리즘 분광기는 굴절률 측정을 위한 표준 장치로, 대학교 실험실에서 사용되는 전형적인 실험 기구이지만, 정렬할 때 많은 주의가 요구되고 장치의 견고함에 비해 측정된 굴절률의 정확도는 떨어진다. 이러한 단점을 보완한 최대 최소 편향법은 회전 플랫폼과 길이 측정용 테이프로 저렴하게 장치가 구성되고 넓은 스크린을 활용하여 비교적 정확하게 굴절률을 측정할 수 있다. 본 연구에서는 한변이 26 mm인 속이 빈 등변 프리즘을 제작하여 글리세린($C_3H_5(OH)_2$), 사염화탄소($CCl_4$), 아닐린($C_6H_4NH_2$), 이황화탄소($CS_2$), 크실렌($C_6H_4(CH_3)_2$) 등의 액체를 채워, He-Ne 레이저의 파장 632.8 nm와 $YVO_4$ 레이저의 파장 532 nm에 대해 프리즘 분광기와 최대 최소법으로 이들 액체의 굴절률을 측정하였다. 측정결과 최대 최소법으로 얻어진 데이터가 프리즘분광기에 의해 얻어진 데이터보다 더 정확하고 정밀함을 확인하였다. The prism spectrometer is a standard device for the measurement of refractive index; it is used in undergraduate laboratories. Typically, however, lots of attention is required in the alignment, and the accuracy of the obtained refractive index is not so high in spite of the durability of the device. The maximum and minimum deviation method, which compensates the disadvantages of the prism spectrometer, can be composed cost effectively using a length marking tape and a rotating platform. It can measure the refractive indices accurately by utilizing a wide screen. In this study, the equal sided hollow prism whose length is 26 mm was fabricated and measured the refractive indices of seven kind of liquids (pure water, $C_3H_5(OH)_2$, $CCl_4$, $C_6H_4NH_2$, $CS_2$, $C_6H_4(CH_3)_2)$ by using the prism spectrometer and maximum and minimum deviated laser beam method at the wavelengths of He-Ne laser (${\lambda}$= 632.8 nm) and YVO4 laser (${\lambda}$= 532 nm). The result shows that the data obtained by the latter method are more accurate and precise than those obtained by the former device.

VO₂ 박막에서의 광전 변환 특성 연구

정주호,강만일,김석원,Jeong, Juho,Kang, Manil,Kim, Sok Won 한국진공학회 2013 Applied Science and Convergence Technology Vol.22 No.4

In order to investigate the photo-electric property in $VO_2$ film grown by a sol-gel method, the currents generated by the light irradiation and nonirradiation were measured as functions of the bias voltage and the temperature. From the result, the generated current in the film changed with the light irradiation and nonirradiation, and it gradually increased with the bias voltage. In particular, the maximum current was generated at $50^{\circ}C$ under the light irradiation; the temperature is lower comparing the MIT (metal-insulator transition) temperature in $VO_2$. This result indicates that $VO_2$ shows the photo-voltaic effect, and so that, it is expected that the $VO_2$ film is applied for a photo-voltaic device. 본 연구에서는 sol-gel법을 이용해 제작된 $VO_2$ 박막의 광전변환 특성을 연구하기 위해 광 조사 유무에 의해 생성되는 전류를 bias voltage에 따라 온도별로 측정하였다. 그 결과, 광 조사 유무에 따라 박막에서 생성되는 전류가 변화되는 것을 알 수 있었으며, bias voltage가 증가할수록 전류가 일정하게 늘어나는 것을 알 수 있었다. 특히, 광에 의해 생성되는 전류는 $VO_2$에서의 MIT 온도보다 낮은 $50^{\circ}C$에서 최대였다. 이러한 결과는 $VO_2$에서 photo-voltaic 효과가 발생함을 의미하며, 따라서 $VO_2$ 박막을 광전변환 소자로 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

비정질과 결정질 V₂O₅ 박막의 온도에 따른 발광특성

강만일,추민우,김석원,Kang, Manil,Chu, Minwoo,Kim, Sok Won 한국결정성장학회 2014 한국결정성장학회지 Vol.24 No.5

$V_2O_5$ 박막에서의 PL 특성을 조사하기 위해 RF 스퍼터링법을 이용하여 비정질과 결정질 $V_2O_5$ 박막을 제작하였고, 10~300 K의 온도까지 PL 스펙트럼을 측정하였다. 상온에서 성장된 비정질 박막에서는 ~505 nm를 중심으로 하는 하나의 PL 피크만이 관찰되었고, 결정질 $V_2O_5$ 박막에서는 505 nm를 중심으로 하는 피크와 산소결함에 의한 것으로 알려진 ~695 nm를 중심으로 하는 피크가 관찰되었다. 비정질과 결정질 $V_2O_5$ 박막에서 관찰되는 505 nm에서의 PL 피크의 위치는 온도에 강한 의존성을 보였고, 그 값은 300 K에서 2.45 eV였고, 10 K에서 2.35 eV였다. 505 nm에서의 PL은 $V_2O_5$에서의 밴드 에너지 전이에 의한 것이었으며, 또한 온도의 감소에 따른 피크 위치 에너지의 감소는 전자-포논 상호작용의 감소에 의한 격자팽창효과의 감소 때문이었다. In order to investigate the photoluminescence (PL) properties of $V_2O_5$ films, amorphous and crystalline films were prepared by using RF sputtering system, and the PL spectra of the films were measured at the temperatures ranging from 300 K to 10 K. In the amorphous $V_2O_5$ film grown at room temperature, a PL peak centered at ~505 nm was only observed, and in the crystalline $V_2O_5$ film, two peaks centered at ~505 nm and ~695 nm, which is known to correspond to oxygen defects, were revealed. The position of PL peak centered at 505 nm for both the amorphous and crystalline $V_2O_5$ films showed a strong dependence on temperature, and the positions were 2.45 eV at 300 K and 2.35 eV at 10 K, respectively. The PL at 505 nm was due to the band energy transition in $V_2O_5$, and also, the reduction of the peak position energy with decreasing temperature was caused by a decrement of the lattice dilatation effect with reducing electron-phonon interaction.

형광입자들의 크기와 농도에 따른 형광 상관 분광함수 측정

한예슬,이재란,김석원,Han, Yesul,Lee, Jaeran,Kim, Sok Won 한국광학회 2012 한국광학회지 Vol.23 No.3

형광입자의 크기와 수에 따라 형광 신호의 상관함수 변화를 측정하는 형광상관분광법을 이용하여 용액 내에서 확산 운동하는 나노크기 형광 입자들의 농도와 유체역학적 반지름을 비교하였다. 시료에 사용된 나노크기 형광 입자들은 Alexa Fluor 647, 양자점, 형광 bead이고, 증류수에서 1/10, 1/100로 입자들이 들어있는 용액을 희석하여 각 입자들에 대해 3가지의 다른 농도의 시료를 준비하였다. Alex Fluor 647의 알려져 있는 확산시간을 이용하여 형광상관분광장치의 유효초점 부피를 구하고, 각 입자들의 확산계수, 크기, 희석에 따른 농도 변화를 측정할 수 있었다. 본 연구를 통해, 자체 제작된 형광상관분광장치로 임의적으로 희석된 시료들의 농도를 약 0.1 nM ~ 10 nM의 범위에서 측정할 수 있었고, 양자점의 확산계수를 $27{\pm}1{\mu}m^2/s$로 결정할 수 있었다. The concentration and hydrodynamic radius of nano-sized fluorescence particles diffusing in solution were compared by using fluorescence correlation spectroscopy (FCS), which can measure the variation of the correlation function of a fluorescence signal by size and number of particles. The used nano-sized fluorescence particles are Alex Fluor 647, quantum dots, and fluorescence beads, and three kinds of sample solutions with different concentrations were prepared by dilution to 1/10 and 1/100 with distilled water for each kind of particles. The effective focal volumes were calculated by using the known diffusion coefficient of Alexa Fluor 647 particles, and the diffusion time, number of particles in focal volume, and variation of concentration according to the dilution could be measured by the FCS system. Through this study, we determined that the concentrations of arbitrarily diluted sample solutions can be measured by a home-built FCS setup in the range of 0.1 nM ~ 10 nM and that the diffusion coefficient of the quantum dot was $27{\pm}1{\mu}m^2/s$.

형광상관분광법을 이용한 광세기에 따른 유효 초점 부피 변화에 대한 연구

정찬배,이재란,김석원,Jeong, Chanbae,Lee, Jaeran,Kim, Sok Won 한국광학회 2013 한국광학회지 Vol.24 No.2

Using fluorescence correlation spectroscopy, we analyzed the change of effective focal volume of a confocal system with light intensity. The fluorescence correlation spectroscopy system was home-built in accordance with the He-Ne laser with a wavelength of 632.8 nm, and two kinds of samples (AlexaFluor657 and Quantum dot655) suitable for the wavelength of the laser beam were used. For each sample, we analyzed and compared the correlation functions obtained while changing the intensity of the light source in a range of 1~50 ${\mu}W$. The result shows that the radius of the focal area increases linearly through the increase of particle number and diffusion time in response to an intensity change in weak light below 10 ${\mu}W$. In the higher intensity region (>10~15 ${\mu}W$), the increasing rate of particle number and diffusion time keep increasing but at a much slower rate. Through this result, it was also found that the radius increasing rate of the focal area was reduced however, the radius still increased slightly. 형광상관분광법을 이용하여 광세기에 따른 공초점 시스템의 유효 초점 부피의 변화를 분석하였다. 형광상관분광장치는 632.8 nm 파장의 He-Ne 레이저에 맞춰서 실험실에서 자체 제작하였고, 시료 또한 레이저 파장에 적합한 두 종류의 시료 AlexaFluor647과 quantum dot 655를 사용하였다. 각 시료에 대해 광원의 세기를 1~50 ${\mu}W$ 범위내에서 변화시켜가며 얻어진 상관함수를 비교 분석하였다. 10 ${\mu}W$ 이하의 약한 광 세기에서는 세기 변화에 따라 입자수와 확산시간이 증가하는 것을 통해 초점 영역의 반지름이 선형적으로 증가하는 결과를 보였다. 반면 10~15 ${\mu}W$ 이상에서는 입자의 수와 확산 시간의 증가율은 감소하였지만 미세하게 계속해서 증가하는 결과를 보였고, 이 결과를 통해 초점영역의 반지름 역시 증가율은 감소하였지만 미세하게 증가한 것을 알 수 있었다.

피사체의 기하학적 정보 추출을 위한 원격 검사 장치 연구

정주호 ( Ju Ho Jeong ),김석원 ( Sok Won Kim ),우경윤 ( Kyung Yoon Woo ) 한국화상학회 2011 한국화상학회지 Vol.17 No.3

원자력 발전소 증기발생기 2차측의 전열관에서 생길 수 있는 슬러지나 침전물의 양을 정량적으로 분석하고 측정하기 위해 레이저 거리 측정기(laser range finder)를 이용하여 피사체의 기하학적 정보를 얻을 수 있는 원격 검사 장치를 개발하였다. 이 장치는 거리 측정부와 영상 획득부로 이루어져 있다. 거리 측정부의 광원으로는 654nm 반도체 레이저를 사용하였고, 광 검출은 3.6×3.6mm 크기의 silicon pin diode를 사용하였다. 영상 획득부의 CCD 카메라로는 29만 화소의 고성능 카메라를 사용하였다. 본 연구에서는 피사체의 크기 측정 및 피사체에서 반사된 반사광량의 측정을 통해 거리 측정부의 성능을 알아보고, 영상 획득부에 각도 변화를 주어 명확한 영상 획득의 가능성에 대해 실험을 하였다. 실험 결과 얻어진 피사체의 크기는 실제 값과 약 2.8% 이내의 범위에서 일치하였다. The remote inspection equipment was developed can be get geometric data for measurement and analysis of quantities of sludges and sediments on heat pipes of second steam generator of nuclear power plant. It is composed of a laser range finder and image acquisition part. Semiconductor laser (??= 654nm) was used as the light source of range finder and silicon pin diode was used as the light detector (3.6×3.6mm). The high performance camera with 290 thousand pixel was used as CCD camera of image acquisition part. In this study, the performance of a laser range finder was investigated through the measurement of the object size and intensity of the reflected light from the object and the experiment about the possibility of clear image capture from the variation of angle between the object normal and image acquisition part was performed. The result shows that the experimentally obtained object size agrees well with the real values within 2.8%.

이차 조화파 발생과 뮬러 행렬 타원법(Mueller Matrix Ellipsometry)에 의한 KDP(KH2PO4) 관찰

이유미 ( Yu Mi Lee ),김석원 ( Sok Won Kim ) 한국화상학회 2011 한국화상학회지 Vol.17 No.1

본 연구에서는 선형 편광된 빔과 원형 편광된 빔을 이용한 이차 조화파 발생 현미경(Second Harmonic Generation Microscope)으로 비선형 물질인 KDP의 이미지를 얻었다. 펨토초 수준의 Ti-Sapphire 레이저를 광원으로 하였고, 편광상태발생기로 편광된 빔(0°, 45°, 90°, 우원편광)을 KDP에 투과시킨 후, 이차 조화파 신호를 발생시켜 편광상태분석기로 검출하였다. 검출기로는 4개의 광전자증배관을 사용하였으며, 여기서 얻은 신호세기로 고유값 보정법을 이용하여 A 행렬을 구하였다. 그 결과, 스톡스 벡터와 A 행렬로 뮬러 행렬을 구할 수 있음을 알았다. 또한 편광계를 더욱 발전시켜 세분화하였고, 대비효과를 높였으며, 편광된 빔(0°, 45°, 90°, -45°, 우원편광, 좌원편광)에 따른 KDP의 이미지 변화를 관찰하였다. Second Harmonic Generation microscope according to linearly and radially polarized beam was obtained images of KDP(KH2PO4). It was used Ti-Sapphire as a light source with 100~200 femto-seconds, polarized beam(0°, 45°, 90°and right circular) in polarization state generator(PSG) respectively was transmitted KDP, and then, SH signals are detected by polarization state analyzer(PSA). We used 4 photomultiplier tubes as detectors and calculated A matrix by eigenvalue calibration method from obtained intensities. As a result, It was realized that mueller matrix can be calculated by Stokes vector and A matrix. Also, we developed polarimeter in detail in polarization principle, increased contrast and observed change of images of KDP according to polarized beam(o°, 45°, 90°, -45°, right circular and left circular).