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.

온수자립형 태양열/광 집열기 개발

정재용(Jaeyong Jung),권영철(Youngchul Kwon),남현규(Hyunkyu Nam),강성걸(Seongkeol Kang),김무진(Mujin Kim),김보희(bohui Kim) 한국태양에너지학회 2019 한국태양에너지학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.4

광섬유 레이저의 최근 기술동향

정윤찬(Yoonchan Jeong),김진섭(Jinseob Kim),권영철(Youngchul Kwon) 한국조명·전기설비학회 2015 조명.전기설비 Vol.29 No.5

수평 다채널관 내 이산화탄소의 증발 열전달 특성에 관한 실험적 연구

이상재(SangJae Lee),김대훈(DaeHoon Kim),최준영(JunYoung Choi),이재헌(Jaeheon Lee),권영철(YoungChul Kwon) 대한기계학회 2007 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2007 No.5

In order to investigate the variation on a heat transfer coefficient during evaporation of CO₂, basic experiment on the evaporation heat transfer characteristics in a horizontal micro-channel tube was performed. Hydraulic diameters of micro-channels were 0.68 and 1.46 ㎜. The experiment apparatus consisted of a test section, a DC power supply, a heater, a chiller, a mass flow meter, a pump and a measurement system. Experiments were conducted for various mass fluxes of 300 to 800 ㎏/㎡s, heat fluxes of 10 to 40 ㎾/㎡ and saturation temperatures of -5 to 5 . With the increase heat flux, the evaporation heat transfer coefficient increased. And the significantly change of the heat transfer coefficient was observed at any heat flux and mass flux. As the saturation temperature increased and the hydraulic diameter decreased, the heat transfer coefficient increased.

CO₂ 시스템에서 내부열교환기 최적설계에 대한 실험적 연구

김대훈(DaeHoon Kim),이상재(SangJae Lee),최준영(JunYoung Choi),이재헌(JaeHeon Lee),권영철(YoungChul Kwon) 대한기계학회 2007 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2007 No.5

This paper describes the possible way to improve the capacity, the efficiency and the pressure drop of CO₂ system. It is considered the use of an internal heat exchanger (IHX) to improve the performance of the CO₂ system. Experiment was performed by changing a tube shape, a tube number and a tube length of IHX to investigate the performance of IHX for CO₂ system. The focus of the present study is to obtain the concept on IHX optimal design. Experimental results show that design parameters are closely related with the capacity and the pressure drop of CO₂ system. In the transcritical CO₂ cycle, the system performance is very sensitive to the IHX design. System performance on operation condition and shape of IHX is also introduced.

Silorane 복합레진의 중합수축의 동력학

권영철,이인복 大韓齒科保存學會 2010 Restorative Dentistry & Endodontics Vol.35 No.1

복합레진이 개발된 이후 많은 물성의 향상이 이루어졌으나 복합레진의 중합수축은 아직 해결되지 않은 주요 단점으로 남아있다. 중합수축이 적은 복합레진을 만들기 위한 많은 노력이 이루어졌고, 최근에 기존의 methacrylate 기질이 아닌 silorane 기질의 복합레진이 개발되었다. 본 연구에서는 silorane 기질의 복합레진과 methacrylate 기질의 복합레진의 중합수축거동을 측정하고 비교하고자 하였다. 온도변화에 민감하지 않으며 실시간으로 복합레진의 체적 중합수축을 측정할 수 있는 계측장치를 제작하여 사용하였다. 5종의 methacrylate 기질의 수복용 복합레진(Beautifil, Z100, Z250, Z350, Gradia X)과 silorane 기질 복합레진 (P90)의 중합수축을 10분 동안 측정하여, 중합수축량, 최대 중합수축률 그리고 최대수축시간을 비교하였다. 복합레진의 중합수축은 제품별로 많은 차이를 보였다. Silorane 기질의 P90복합레진의 중합수축이 1.48%로 가장 낮았고 Beautifil 복합레진의 중합수축이 2.80%로 가장 높았다. Methacrylate 계열의 복합레진 사이에도 중합수축량에 제품별로 유의한 차이를 보였다(p<0.05). 최대 중합수축률은 P90이 0.13%/s로 가장 낮았고 Z100이 0.34%/s로 가장 높았다. 최대 수축시간은 methacrylate기질의 복합레진(2.4-3.1초)에 비해, silorane 기질의 P90 복합레진이 6.7초로 두 배 이상 길었다. 최대중합수축률은 중합수축과 최대수축시간의 역수를 곱한 값과 강한 양의 상관관계를 보였다(R = 0.95). Dental composites have improved significantly in physical properties over the past few decades. However, polymerization shrinkage and stress is still the major drawback of composites, limiting its use to selected cases. Much effort has been made to make low shrinking composites to overcome this issue and silorane-based composites have recently been introduced into the market. The aim of this study was to measure the volumetric polymerization shrinkage kinetics of a silorane-based composite and compare it with conventional methacrylate-based composites in order to evaluate its effectiveness in reducing polymerization shrinkage. Five commercial methacrylate-based (Beautifil, Z100, Z250, Z350 and Gradia X) and a silorane-based (P90) composites were investigated. The volumetric change of the composites during light polymerization was detected continuously as buoyancy change in distilled water by means of Archemedes' principle, using a newly made volume shrinkage measurement instrument. The null hypothesis was that there were no differences in polymerization shrinkage, peak polymerization shrinkage rate and peak shrinkage time between the silorane-based composite and methacrylate-based composites. The results were as follows: 1. The shrinkage of silorane-based (P90) composites was the lowest (1.48%), and that of Beautifil composite was the highest (2.80%). There were also significant differences between brands among the methacrylate-based composites. 2. Peak polymerization shrinkage rate was the lowest in P90 (0.13%/s) and the highest in Z100 (0.34%/s). 3. The time to reach peak shrinkage rate of the silorane-based composite (P90) was longer (6.7 s) than those of the methacrylate-based composites (2.4-3.1 s). 4. Peak shrinkage rate showed a strong positive correlation with the product of polymerization shrinkage and the inverse of peak shrinkage time (R = 0.95).

Shear bond strength of dentin bonding agents cured with a plasma arc curing light

Kwon, Youngchul,Kim, Sun-Young,Chung, Sae-Joon,Han, Young-Chul,Lee, In-Bog,Son, Ho-Hyun,Um, Chung-Moon,Cho, Byeong-Hoon 大韓齒科保存學會 2008 Restorative Dentistry & Endodontics Vol.33 No.3

광물리학적 특성 분석을 위해 Apollo 95E (DMT Systems, Orange, CA; PAC 광중합기), Elipar Freelight 2 (3M ESPE, MN, USA; LED 광중합기) 그리고 VIP Junior (Bisco, Schaumberg, IL, USA; QTH 광중합기), 3종의 광중합기의 총광강도(Total intensity)와 spectral distribution을 측정하였고 특정 파장에 해당되는 광강도 (Energy density)를 분석하였다. 상아질 전단접착강도의 측정을 위해 Scotchbond Multipurpose (3M ESPE), Single bond (3M ESPE) 그리고 Clearfll SE bond (Kuraray)가 사용되었다. Plasma Arc Curing light (Apollo 95E) 팡중합기는 여러개의 최대정점을 가지며 넓은 spectral distribution과 2307 mW/cm²의 높은 광강도를 나타내었고, VIP Junior 광중합기는 490 ㎜에서 최대정점을 갖는 넓은 spectral distribution을 나타내었고, Elipar Freeelight 2 광중합기는 462 ㎜의 최대정점 주위로 좁은 spectral distribution를 보였다. Two-Way ANOVA와 Bonferroni' s multiple comparison test를 이용하여 상아질 전단잡착강도를 분석한 결과, PAC 광중합기와 LED 광중합기 간에 유의성 있는 차이를 보이지 않았으며 (P > 0.05), 상아질 접착제와 광중합기의 교호관계에도 유의성이 없었다. 그러나 상아질 접착제는 상호간에 유의성 있는 차이를 보였다 (P< 0.001). The objective of this study was to compare dentin shear bond strength (DSBS) of dentin bonding agents (DBAs) cured with a plasma arc (PAC) light curing unit (LCU) and those cured with a light emitting diode (LED) LCU. Optical properties were also analyzed for Elipar freelight 2 (3M ESPE); LED LCU, Apollo 95E (DMT Systems); PAC LCU and VIP Junior (Bisco): Halogen LCU. The DBAs used for DSBS test were Scotchbond Multipurpose (3M ESPE), Singlebond 2 (3M ESPE) and Clearfil SE Bond (Kuraray). After DSBS testing, fractured specimens were analyzed for failure modes with SEM. The total irradiance and in-adiance between 450 ㎜ and 490 ㎜ of the LCUs were different. LED LCU showed narrow spectral distribution around its peak at 462 ㎜ whereas PAC and Haloaen LCU showed a broad spectrum. There were no significant differences in mean shear bond strength among different LCUs (P > 0.05) but were significant differences among different DBAs (P < 0.001).

컴퓨터 시각과 입자 추적 방법을 이용한 복합레진의 선형중합수축 측정의 새로운 방법

이인복,민선홍,서덕규,김선영,권영철 大韓齒科保存學會 2010 Restorative Dentistry & Endodontics Vol.35 No.3

수복용 복합레진이 도입된 이후 많은 물성의 향상이 이루어졌으나 중합수축은 아직 해결되지 않은 주요 단점으로 남아있다. 중합수축이 적은 복합레진을 만들기 위한 많은 노력이 이루어져 최근에 silorane 기질의 저수축 복합레진이 개발되었고, 정밀하게 중합수축을 측정하기 위한 여러 방법들이 시도되었다. 본 연구에서는 컴퓨터 시각(computer vision)을 이용하여 시편에 직접 접촉하지 않으며 광중합 복합레진의 선형중합수축을 측정할 수 있는 입자 추적 시스템을 개발하였고 이를 이용하여 silorane (P90) 및 methacrylate (Z250과 Z350) 기질의 광중합 복합레진의 중합수축 거동을 측정하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 복합레진의 선형중합수축은 0.33-1.41% 였으며 silorane기질의 복합레진인 P90이 가장 낮았고 Z250, Z350의 순으로 증가하였다. 2. 본 장비는 선형중합수축을 시편의 형태에 민감하지 않고 복잡한 과정없이 실시간으로 측정할 수 있었다. Since the introduction of restorative dental composites, their physical properties have been significantly improved. However, polymerization shrinkage is still a major drawback. Many efforts have been made to develop a low shrinking composite, and silorane-based composites have recently been introduced into the market. In addition, many different methods have been developed to measure the polymerization shrinkage. In this study, we developed a new method to measure the linear polymerization shrinkage of composites without direct contact to a specimen using a particle tracking method with computer vision. The shrinkage kinetics of a commercial silorane-based composite (P90) and two conventional methacrylate-based composites (Z250 and Z350) were investigated and compared. The results were as follows: 1. The linear shrinkage of composites was 0.33-1.41%. Shrinkage was lowest for the silorane-based (P90) composite, and highest for the flowable Z350 composite. 2. The new instrument was able to measure the true linear shrinkage of composites in real time without sensitivity to the specimen preparation and geometry.