• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.311-312
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• 2012

본 발표에서는 광학적 분석 시스템에 적용 가능한 발광소자(광원)과 수광소자(광센서)를 집적화시키는 모듈(수 발광 집적모듈) 기술을 제시하고자 한다. 이러한 수-발광 집적모듈은 다양한 응용 분야에 적용 될 수 있다. 예를 들어, 광신호 감지를 위한 광통신용 송-수신 모듈(optical communication), 의료/진단 분야에서 단백질/DNA/박테리아 등의 검출 및 분석에 관한 바이오 센서(bio-sensor), 그리고 대기(가스)/수질 모니터링에 관한 환경센서 등 매우 광범위한 분야에 해당되는 요소 기술이라 할 수 있다. 특히, 이들 분야들 중 바이오 물질을 분석하고 검출하는 광학적 바이오 센서 기술은 높은 경제적 가치와 산업적 성장 잠재력으로 인해 오랫동안 활발한 연구가 진행되어 오고 있다. 이러한 광학적 바이오 센서에서 가장 범용적인 방법 중 하나가 항온-항체 면역반응을 기반으로 하는 형광 검출(fluorescence detection) 기법이다. 이러한 시스템은 전체적으로 광원, 광학계, 그리고 센서로 구성되는데 기존에 일반적으로 사용되고 있는 형광 현미경의 경우는 민감도가 우수하다는 장점은 있으나 상당히 고가이고 부피가 크며 복잡한 광학구성으로 이루어져 있다는 한계점을 가지고 있다. 이러한 맥락에서 고민감도를 확보하면서 휴대성, 고속처리, 저가 등의 특성을 가진 시스템에 대한 요구가 갈수록 증가하고 있다. 이를 해결하기 위한 핵심기술 중의 하나가 수-발광 부분을 집적화 시키는 기술이라 할 수 있다. 본 연구에서는 바이오 센서 기술의 하나로서 형광을 측정하여 혈액내의 진단 지표인자를 검출할 수 있는 휴대용 혈액진단기기에 적용되는 소형 수 발광 집적 모듈을 개발하였다. 혈액내의 검출 성분의 양에 따라 형광의 세기가 변화하게 됨으로써 정량적인 검출이 가능한 원리이다. 모듈의 구조는 크게 광원(발광소자), 광학계, 그리고 광센서(수광소자) 세 영역으로 나누어 진다. 광원은 635 nm 적색 레이저다이오드로서 형광체(Alexa Fluor 647/발광파장: 668 nm)를 여기 시키는 기능을 하며 장착된 볼렌즈 의해 샘플의 형광체 영역으로 집광된다. 광학계는 크게 시준렌즈(collimating lens)와 광학필터로 구성됨으로써 샘플로부터 발생되는 광을 적절하게 수광소자로 전달하는 기능을 하게 된다. 여기서 광학필터의 경우는 기본적으로 Distributed Bragg's Reflector(DBR) 구조로써 실리콘(Si) 포토다이오드 상부에 모노리식(monolithic)하게 형성되며 검출 샘플로부터 진행되는 레이저 광(잡음의 주원인)은 차단하고 형광(광신호)만 통과 시키는 기능을 하게 된다. 따라서 신호 대 잡음비(S/N ratio)를 향상시키기 위해서는 정밀한 광 필터링 기능이 요구됨으로써 박막의 세밀한 공정 조건과 구조적-광학적 특성 분석이 수행되었다. 마지막으로 포토다이오드 소자는 일반적인 구조 이외에 중앙에 원형 구멍이 형성된 특별한 구조가 적용된다. 이것은 포토다이오드 구조에 변화를 줌으로써 모듈 구조를 효율적으로 응용할 수 있다는 의미를 갖는다. 또한 포토다이오드의 전기적-광학적 측정 분석을 통해 잡음 및 감도 특성이 세부적으로 조사되며 형광신호를 효과적으로 측정할 수 있음을 확인하였다. 최종적으로 제작된 모듈은 약 $1{\times}1{\times}1cm^3$ 내외 정도의 크기를 갖는다. 요약하자면 본 발표에서는 광학적 바이오센서에 적용할 수 있는 소형 수-발광 소자 집적모듈을 소개한다. 전체 모듈 설계는 최소한의 부피를 가짐과 동시에 측정의 정밀성을 향상시키는데 초점을 맞추어 진행하였다. 세부요소인 광학필터와 포트다이오드의 경우 잡음 및 민감도에 미치는 중요성 때문에 세밀한 공정 및 특성분석이 수행되었다. 결론적으로 독자적인 설계 및 공정을 통해 휴대성 및 정밀성 등의 목적에 부합한 경쟁력 있는 수-발광 소자 집적모듈 제작 기술을 확보하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2015년도 제46회 하계학술대회
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• pp.31-32
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• 2015

태양광 발전 시스템에서 태양광 모듈 모니터링 시스템은 모듈의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 얻는 것을 목적으로 하며 이를 통해 사업자로 하여금 태양광 발전시스템의 유지 및 관리에 큰 도움을 줄 수 있다. 태양광 모듈의 DC 전력선 이용하여 통신하는 DC-PLC(DC - Power Line Communication)는 추가적인 통신선이 필요하지 않아 보다 경제적으로 모니터링 시스템을 구성 할 수 있다. 본 논문에서는 디지털 변조 방식으로 ASK(Amplitude Shift Keying) 방식을 사용하고 디지털 대역통과필터를 통해 캐리어 신호의 검출하는 DC-PLC 기반 태양광 모듈 모니터링 시스템의 설계한다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2015년도 제46회 하계학술대회
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• pp.1084-1085
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• 2015

전기 생산에 있어 대부분은 아직도 석유와 같은 화석에너지에 많은 부분을 의존하고 있다 이로 인한 환경오염으로 신재생에너지가 이슈화 되고 있으며 이중 태양광 발전은 무한한 태양의 빛 에너지원이 사용됨에 따라 높은 기대와 함께 다른 신재생에너지들 보다 빠르게 발전하고 있지만 아직까지 일정하지 않은 빛 에너지와 효율개선의 문제를 가지고 있다. 이 같은 태양광 발전에는 발전된 직류 전기를 교류로 바꾸어 주는 태양광 인버터의 여러 노이즈 문제가 있다. 본 논문에서는 태양광 인버터에서의 노이즈 및 노이즈 발생에 기여하는 누설전류 등을 저감 시키는 다양한 노이즈 필터를 보임으로써 태양광 인버터의 안정화와 효율개선 방안을 제시하고자 한다.

• 융합신호처리학회논문지
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• 제9권2호
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• pp.129-134
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• 2008

본 논문에서는 적자생존 원리에 기반한 유전자 알고리즘을 이용하여 일차원 비선형 광자 결정 구조에 대해 분석하고, 광 트랜지스터로의 적용 가능성을 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 증명한다. 이와 같은 형태의 최적 설계는 해석식이 필요한 steepest decent 최적 알고리즘과 달리 유전자 알고리즘은 탁월한 성능을 낼 수 있으며, 광 트랜지스터 뿐만 아니라 다른 광자 결정 광소자의 설계에 유용하게 적용될 수 있다. 또한, global minimum 최적해 부근에서 여러 가지의 해가 얻어지기 때문에 광 트랜지스터가 어떤 모양을 가져야 되는지 분석하는데 많은 도움을 주는 장점을 갖는다. 완전 광 필터 트랜지스터를 설계하기 위해 신경회로망 모델을 이용하여 초기 설계를 수행한 후, 유전자 알고리즘에 의해 최종적인 최적화 설계가 수행된다. 시뮬레이션으로부터 얻어진 일차원 광자 결정 트랜지스터의 스위칭 On/Off 비는 약 27dB 였다.

• 한국광학회지
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• 제10권3호
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• pp.248-253
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• 1999

본 논문에서는 측면이 연마된 단일모드 광섬유와 폴리머 다중 평면도파로가 결합했을 때 발생하는 모드 결합현상을 이용한 능동형 광결합기를 연구하였다. 제안된 소자는 파장가변 광필터나 광변조기로 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 광도파로 물질의 굴절률, 복굴절, 전기광학 계수, 열광학 계수 등을 측정하는 도구로 응용할 수 있다. BPM으로 최적화된 결합기를 설계하였고, 열광학 폴리머를 능동 평면 도파로층으로 이용하여 결합기를 제작하였다. 제작된 소자는 -0.5dB 이하 손실, 공진파장 -13dB 소멸비. 그리고 열광학 효과에 의해 -1.5nm/$^{\circ}C$ 정도의 파장 가변성을 보였다. 본 연구의 결과로 볼 때 열광학 능동형 광결합기는 광변조기, 파장가변 광필터, 광센서 등으로 이용될 가능성이 높다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.15-15
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• 2023

2020년 기준 국내 상수도 보급률은 99.1% 차지하고 있으며(환경부, 2019), 수도관리차원에서 수돗물은 먹는 물로 시판되어질 만큼 우수한 관리체계를 유지하고 있다. 그 반면에 지하수는 생활용수, 식품가공, 농·축산, 양어, 군부대를 비롯한 전국지역에서 연간 10억 8천만톤 용수를 소비하고 있음에도 (환겨례 신문, 2013; 환경부, 2019) 사용되는 지하수의 약 65%가 음용수 불가판정을 받았으며, 최근 지하수의 오염비율은 급격히 증가하는 추세이다. 특히, 지하수관정의 관리부주의에 의한 수질오염 및 수인성 다제내성균(슈퍼박테리아) 등에 의한 오염사례가 국내는 물론, 국제적으로 다수 보고되고 있는 실정이다 (환경부, 2013). 현재 지하수 수질관리는 공공기관 및 지자체 지정기관을 통해 진행되고 있으며, 검사기간은 수질채취로부터 통상 7~15일정도 소요되어 수질 관리 및 기준, 검사주기에 대한 애로가 많다. 현장 지하수관정에서 실시간 수질을 모니터링하고 이에 연동된 자동 수처리 시스템의 개발 및 도입은 나날이 심각해지는 환경오염 상황에서 선제적 예방과 해결방법으로 중요한 요소기술이다. 현재 지하수오염 및 부적합 음용의 수질처리는 화학약품, 필터여과, UV살균, O₃ (플라즈마)을 이용하는 것이 대표적이나, 화학약품의 경우 2차 오염이나 식품 세척 및 가공에 있어 부적합성의 한계점이 있다. 필터여과의 대표적인 RO필터의 경우 약 50% 순손실이 발생하고, UV 살균의 경우 UV에 의한 사용관리자의 위험 및 장비의 광부식 문제, O₃ 의 경우 고압전류 사용에 따른 위험성 등의 한계점이 나타나고 있다. 지하수 수질정화를 위한 광유도 활성산소(¹O₂, ·O^-₂)는 광감응제에 가시광의 빛 조사를 통해 생성되는 활성산소로의 에너지 및 전자 전이가 동시 진행되어 단일항 산소(¹O₂)와 슈퍼옥사이드 이온(·O^-₂)을 생성하게 된다. 생성된 활성산소는 유해미생물 또는 유기화학물과 개열, 제거, 치환 반응 등을 통해 미생물사멸 및 유해화학물질들이 분해 가능하다. 이를 이용한 지하수 유해미생물 사멸기술, 장비, 실시간 지하수의 분석기술 및 정수처리, 지하수 물순환 시스템 개발뿐만 아니라 지하수 음용수 및 오염개선, 지하수 기저유출에 의한 오염원 저감으로부터 지류·지천, 하천 본류 수질개선 등의 대상지역에 활용 가능하다. 또한 광유도 활성산소는 기존 상수도 수처리에 있어 오존(O₃) 처리와 이산화티탄을 이용한 AOP과정을 단일처리 공정으로, 기존 O₃ 의 특성상 확산 거리가 매우 길어 사람을 포함한 생체 내에 유입 시 다양한 부작용 발생과 O₃ 차폐시설 요구의 문제점 극복의 대안으로 환경 및 인체에 무해한 광유도 활성산소 시스템을 적극적으로 도입 및 적용해야 한다. 본 연구 목적은 정류상태 흡광분광기술을 이용한 실시간 수질 모니터링과 광유도 활성산소를 이용한 유해 미생물의 멸균효능 및 지하수 수질관리 기술로의 적용 가능성을 제시하고자 한다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2008년도 제39회 하계학술대회
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• pp.504-505
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• 2008

정보통신기기 및 컴퓨터시스템 등은 순간정전, 전압변동, 노이즈, 정전기, 고조파전류 등의 영향을 쉽게 받는다. 따라서 이러한 점을 충분히 고려하여 신뢰성과 안전성을 확보하도록 구성되어야 한다. 전력 품질이 강조되는 이유는 컴퓨터는 물론 각종 가전제품 등이 복잡하고 정밀한 전자회로로 구성되어 있어 조그만 전압변동이나 정전사고에도 전자회로가 오작동을 일으키거나 고장날수 있기 때문이다. 이에 본 논문에서는 분산형 태양광 발전이 계통에 연계되었을 경우 발생할 수 있는 전력품질에 영향을 끼치는 요인 중 하나인 고조파를 저감시키기 위한 능동형 필터 모델을 제안한다. 본 논문에서의 필터 모델은 PSIM을 이용하였으며, 능동형 필터 시스템의 장착 전 후의 고조파 및 잡음성분을 FFT를 이용하여 분석하여 시스템의 적용 가능성과 효용성을 본 논문에서 증명하였다.

• 한국광학회지
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• 제9권6호
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• pp.385-389
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• 1998

본 논문에서는 공간정합필터의 데이터 베이스로써 체적 홀로그램을 이용한 광상관기를 구성하였다. 광상관 시스템은 광학의 고속 및 병렬처리 특징을 지니며, 공간정합필터가 기록된 체적홀로그램은 방대한 저장 능력과 실시간 랜덤 엑세스의 장점을 갖는다. 데이터 베이스로 사용되는 영상들은 각가 공간광변조기에 디스플레이 되어 퓨리에 변환 렌즈를 통과한 후 퓨리에 변환된 공간정합필터의 형태로 광굴절 매질에 기록된다. 대용량의 데이터 베이스를 구성하기 위한 다중화 방법으로 스텝 모터를 이용하여 광굴절 매질을 회전하는 각다중화 기술을 사용하였다. 체적홀로그래픽 광상관 실험을 통하여 지문인식에의 응용 가능성을 제시하였다.

• 조명전기설비학회논문지
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• 제16권6호
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• pp.60-65
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• 2002

본 연구의 목적은 헬륨의 순도가 셀레늄증기 레이저에서의 출력특성과 광이득에 미치는 영향을 측정, 비교해보는 것이다. 헬륨의 순도는 특수 헬륨필터로써 개선하였다. 본 측정에서는 개개의 선들이 복굴절필터에 의해서 선택 되어졌다. 대부분의 선들이 헬륨필터를 사용한 레이저에서 더 높은 output-coupling 출력과 소신호 이득을 보여 주고, 특히 강력한 선들(497.6 nm, 499.3 nm, 506.9 nm, 517.6 nm, 522.8 nm, 530.5 nm)과 청색선(460.4 nm, 464.8 nm)및 적색선(644.4 nm, 649.1 nm)에서 현저히 더 높은 값을 보여 준다.

• 한국컴퓨터정보학회:학술대회논문집
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• 한국컴퓨터정보학회 2019년도 제60차 하계학술대회논문집 27권2호
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• pp.395-396
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• 2019

표적 암세포 또는 마이크로미터 단위 이하의 미세 입자의 검출하기 위해 다양하게 사용되는 유세포분석기는 레이저와 같은 특정 파장의 광원 및 파장대별 선택이 가능한 필터, 고성능 광탐지기로 구성되어있다. 이 분석기는 표적물질의 광학적 산란특징에 기인하여 입상도와 크기, 농도 등의 물리적 정보제공이 가능하나, 고가이며 사용자의 요구에 따른 다양한 광원 및 필터의 선택이 제한적이라는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 상용화된 마이크로컨트롤러, 발광다이오드, 광검출기와 필름형식의 광학필터를 사용하여 저가의 표적 암세포 검출기를 개발하고자 한다. 또한, 3D 프린터를 사용하여 사용자의 필요에 따른 설계변화와 이동이 용이하므로, 공간의 제약을 받지 않고 다양한 분야에 적용이 가능하다. 제안된 검출기의 광감지 수치는 세포의 농도에 따라 높은 선형성을 보였으며, 세포수량기를 사용한 결과 값과 비교하였을 때 무의미한 통계학적 차이를 보였다.