Jung, Dong Geon;Son, Su Hee;Kwon, Sun Young;Lee, Jun Yeop;Kong, Seong Ho
센서학회지
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제26권2호
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pp.91-95
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2017
Recently, infrared (IR) spectrometers have been required in various fields such as environment, safety, mobile, automotive, and military. This IR dispersive sensor detection method of substances is widely used. In this study, we fabricated a silicon (Si) prism-based near infrared (NIR) spectrometer utilizing micro electro mechanical system (MEMS) technology. Si prism-based NIR spectrometer utilizing MEMS technology consists of upper, middle, and lower substrates. The upper substrate passes through the incident IR ray selectively. The middle substrate, acting as a prism, disperses and separates the incident IR beam. The lower substrate has an amorphous Si (a-Si)-based bolometer array to detect the IR spectrum. The fabricated Si prism-based NIR spectrometer utilizing MEMS technology has the advantage of a simple structure, easy fabrication steps, and a wide NIR region operating range.
In this study we demonstrate ultrahigh-resolution spectral domain optical coherence tomography (UHR SD-OCT) with a linear-wavenumber (k) spectrometer, to accelerate signal processing and to display two-dimensional (2-D) images in real time. First, we performed a numerical simulation to find the optimal parameters for the linear-k spectrometer to achieve ultrahigh axial resolution, such as the number of grooves in a grating, the material for a dispersive prism, and the rotational angle between the grating and the dispersive prism. We found that a grating with 1200 grooves and an F2 equilateral prism at a rotational angle of $26.07^{\circ}$, in combination with a lens of focal length 85.1 mm, are suitable for UHR SD-OCT with the imaging depth range (limited by spectrometer resolution) set at 2.0 mm. As guided by the simulation results, we constructed the linear-k spectrometer needed to implement a UHR SD-OCT. The actual imaging depth range was measured to be approximately 2.1 mm, and axial resolution of $3.8{\mu}m$ in air was achieved, corresponding to $2.8{\mu}m$ in tissue (n = 1.35). The sensitivity was -91 dB with -10 dB roll-off at 1.5 mm depth. We demonstrated a 128.2 fps acquisition rate for OCT images with 800 lines/frame, by taking advantage of NVIDIA's compute unified device architecture (CUDA) technology, which allowed for real-time signal processing compatible with the speed of the spectrometer's data acquisition.
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 purposes of spectroscopy in astronomy are to measure the radiation flux of the spectroscopic emission or absorption line and to measure the dynamical parameters of the line profile. In order to use an appropriate instrument for the scientific purpose, we need to understand the characteristics of various spectrometers, e.g., a prism spectrometer, a grating spectrometer, and a Fabry-Perot spectrometer (FPS), which are being used in ultra-violet, optical, and infrared bands. The FabryPerot spectrometer is not very popular compared to the grating spectrometer, because of its complex and tricky operations. The Fabry-Perot spectrometer, however, can get a two-dimensional image at one exposure, so we can study radiation mechanisms and dynamical properties of extended sources, e.g., clusters, nebula, and galaxies.
프리즘 분광계를 사용하여 액체 상태와 고체 상태의 혼합 폴리머(NOA61, NOA84) 굴절률을 측정하였다. 먼저 속이 빈 작은 프리즘을 제작하고 UV (ultra-violet) 에폭시를 채운 다음 프리즘의 꼭지각과 최소 편향각을 측정하여 굴절률을 측정하였다. 고체 상태의 폴리머는 속이 빈 프리즘에 추가 구조물을 넣고 UV 에폭시를 경화하여 고체 폴리머가 채워진 프리즘을 제작하고 굴절률을 측정하였다. 액체 상태나 고체 상태인 경우 모두, 두 종류의 에폭시를 섞어서 혼합 폴리머를 만들고 혼합비를 조절하면서 굴절률을 측정한 결과 혼합비에 비례하는 굴절률 측정값을 얻었다. 이러한 결과는 UV 에폭시를 사용한 원통형 이중 미세 렌즈배열의 초점거리를 조절할 수 있는 방법을 제공한다.
An NIR grism Si optical area sensor spectrometer with in-band reference wavelength is designed and fabricated. It is composed of a transmission type diffraction grating (spatial density 300 line/mm), a rectangular N-BK7 prism (apex angle 30 degree), NIR filter(cutoff wavelength 720 nm), an imaging convex lens(focal length 50 mm F1.8) and an IR modified DSLR camera (Canon EOS40D) of Si optical area sensor ($3,888{\times}2,592$ pixels, pixel size $5.710{\mu}m$). "In-band reference wavelength function" is implemented using non-dispersive 0th diffraction order optical beam. The NIR grism spectrometer is tested in a laboratory using a halogen lamp and a Neon lamp. And the spectrometer is used in an astronomy field for obtaining the planet Jupiter NIR spectrum. In-band reference wavelength i.e. un-deviation wavelength is 846 nm, an wavelength resolution is 0.3027 nm/pixel, an wavelength resolving power is 2,794 and an wavelength range is 650~1,000 nm.
A low-dispersion fiber feed Littrow-mounted grating spectrometer for education was designed and fabricated. The dispersion element is a reflective type blazed grating Edmundoptics NT 46-075 (spatial frequency 600 lines/mm, dimension $30mm{\times}30mm$, blazed angle 8.6 degree). The optical fiber coupler module for optical guiding from telescope to spectrometer is composed of a multi-mode FC connector - FC connector optical fiber patch cord (core/cladding diameter $50{\mu}m/125{\mu}m$) and two 1.25" throw-tube couplers. The lens for collimating and imaging is a general purpose focal length 50 mm camera lens (f/1.8). The device for optical path control is a rectangular prism (size $25mm{\times}25mm$). The imaging camera sensor is a Meade DSI Pro 2 CCD sensor (black and white, $752{\times}582$ pixels and pixel size $8.3{\mu}m{\times}8.6{\mu}m$). Softwares for data logging and analysis consist of Meade Autostar Suite, NIH imagej and Vernier Logger Pro 3. The wavelength coverage range of the spectrometer is 205 nm at central wavelength 550 nm. The wavelength resolution is 1.7 nm.
We present the development of a spectral dispersion device for wideband spectroscopy for which the primary scientific objective is the characterization of transiting exoplanets. The principle of the disperser is simple: a grating is fabricated on the surface of a prism. The direction of the spectral dispersion power of the prism is crossed with the grating. Thus, the prism separates the spectrum into individual orders while the grating produces a spectrum for each order. In this work, ZnS was selected as the material for the cross disperser, which was designed to cover the wavelength region, ${\lambda}=0.6-13{\mu}m$, with a spectral resolving power, $R{\geq}50$. A disperser was fabricated, and an evaluation of its surface was conducted. Two spectrometer designs, one adopting ZnS (${\lambda}=0.6-13{\mu}m$, $R{\geq}300$) and the other adopting CdZnTe (${\lambda}=1-23{\mu}m$, $R{\geq}250$), are presented. The spectrometers, each of which has no moving mechanical parts, consist simply of a disperser, a focusing mirror, and a detector.
가시광선과 근적외선에서 광학유리 및 액체의 굴절률을 정밀측정하기 위하여 Littrow 프리즘을 이용한 자동시준형 분광굴절률 측정장치를 설계, 제작하였다. 먼저 여러가지 측정변수를 변화시켜 측정정확도를 분석하였으며 rotary encoder와 position sensitive detector를 이용한 고분해능 각도측정장치와 항온장치등을 제작하였다. 마이크로 컴퓨터를 사용하여 측정자동화 하였으며 자세한 설계변수와 성능평가 결과를 제시하였다.
대한원격탐사학회 2006년도 Proceedings of ISRS 2006 PORSEC Volume I
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pp.7-10
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2006
Four programs, i.e. TRMM, ADEOS2, ASTER, and ALOS are going on in Japanese Earth Observation programs. TRMM and ASTER are operating well, and TRMM operation will be continued to 2009. ADEOS2 was failed, but AMSR-E on Aqua is operating. ALOS (Advanced Land Observing Satellite) was successfully launched on $24^{th}$ Jan. 2006. ALOS carries three instruments, i.e., PRISM (Panchromatic Remote Sensing Instrument for Stereo Mapping), AVNIR-2 (Advanced Visible and Near Infrared Radiometer), and PALSAR (Phased Array L band Synthetic Aperture Radar). PRISM is a 3 line panchromatic push broom scanner with 2.5m IFOV. AVNIR-2 is a 4 channel multi spectral scanner with 10m IFOV. PALSAR is a full polarimetric active phased array SAR. PALSAR has many observation modes including full polarimetric mode and scan SAR mode. After the unfortunate accident of ADEOS2, JAXA still have plans of Earth observation programs. Next generation satellites will be launched in 2008-2012 timeframe. They are GOSAT (Greenhouse Gas Observation Satellite), GCOM-W and GCOM-C (ADEOS-2 follow on), and GPM (Global Precipitation Mission) core satellite. GOSAT will carry 2 instruments, i.e. a green house gas sensor and a cloud/aerosol imager. The main sensor is a Fourier transform spectrometer (FTS) and covers 0.76 to 15 ${\mu}m$ region with 0.2 to 0.5 $cm^{-1}$ resolution. GPM is a joint project with NASA and will carry two instruments. JAXA will develop DPR (Dual frequency Precipitation Radar) which is a follow on of PR on TRMM. Another project is EarthCare. It is a joint project with ESA and JAXA is going to provide CPR (Cloud Profiling Radar). Discussions on future Earth Observation programs have been started including discussions on ALOS F/O.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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