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전기전자재료학회논문지 / v.32, no.6, 2019년, pp.472-476

수질 측정용 플로우 셀의 오염 모니터링을 위한 평면광도파로 센서

PLC optical sensor for contamination monitoring on the flow-cell in the water quality measurement system

한승헌, 김태언, 정행윤, 기현철, 김두근, 김선훈

Seung Heon Han, Tae Un Kim, Haeng Yun Jung, Hyun Chul Ki, Doo Gun Kim, Seon Hoon Kim

초록(국문)

본 연구에서는 광학 기반 수질 측정 시스템의 플로우 셀의 오염 정도를 모니터링 할 수 있는 평면광도파로(PLC, planar lightwave circuit)를 이용한 광학 센서를 제안하였다. 현장 및 실시간 수질 측정 시스템의 플로우 셀 오염으로 인한 측정 오차를 보정할 수 있을 뿐만 아니라 플로우 셀 자체의 유지보수 시기를 결정하는 데 활용할 수 있는 V자형 광도파로를 갖는 PLC 센서를 실리카 기반으로 설계 및 제작하였다. FDTD (finite-difference time-domain) 방법을 이용하여 PLC 센서의 감지 영역 부분의 오염을 가정하여, 오염에 따른 광 전송 특성 변화를 수치 해석 하였다. 또한, 실제 PLC 센서를 통해 플로우 셀의 오염 모니터링이 가능한지 확인하기 위하여, PLC 센서가 설치된 플로우 셀에 수돗물을 채우고 장기간 PLC 센서의 광 전송 손실 변화를 관찰하였다. PLC 센서가 수돗물에 침지된 일 수가 증가할수록 PLC 센서의 광 전송 강도가 감소하였으며, 광 전송 강도가 1.55 μm에서 3 dB 만큼 감소한 침지 일 수는 약 15일이였다.

초록(영문)

We have proposed a novel planar lightwave circuit (PLC) optical sensor to monitor the contamination in a flow-cell where water is continuously supplied through a water quality measurement system. We designed a PLC chip with a V-shape waveguide and the simulated its function as a sensor for monitoring contamination in a flow-cell using a numerical the FDTD (finite-difference time-domain) analysis. A novel cross type of waveguide was introduced to make the PLC chip of the V-shaped waveguide. The fabricated PLC was cut into the cross waveguide. A change in the optical propagation loss of the PLC sensor was observed after immersing the PLC sensor into city water. It was determined that the propagation loss of the PLC sensor was 3 dB at a wavelength of 1.55 μm in the city water for 15 days.

키워드

  • Optical sensor
  • PLC
  • Contamination monitoring
  • Water quality measurement
  • Flow-cell
  • FDTD

DOI

https://doi.org/10.4313/JKEM.2019.32.6.472