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    Study of the Reflector Shape of a Test Lamp for a Flame Detector with Little Influence of Error in Optical-system Fabrication

    광학계 제작 시 오차 영향이 적은 불꽃감지기용 테스트램프 반사경 형상에 관한 연구

    Hye-Jin Park, Dong-Hwa Kang, Mi-Seon Kong, Eun-Ji Kim, Ye-Eun Lee, Ye-Ji Jo, Mee-Suk Jung

    박혜진, 강동화, 공미선, 김은지, 이예은, 조예지, 정미숙

    In this paper, a design method to reduce fabrication errors in reflector shape of a test lamp for a flame detector is ...

    본 논문에서는 불꽃감지기용 테스트램프의 반사경 형상에 대해 제작 시 오차를 줄일 수 있는 설계 방법 연구를 진행하였다. 테스트램프는 높은 광량의 빛을 평행하게 ...

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    In this paper, a design method to reduce fabrication errors in reflector shape of a test lamp for a flame detector is carried out. Although the test lamp should be operated in parallel with a high-intensity light, it is difficult to fix the small reflector that controls the central light during fabrication. To solve these problems, a small spherical reflector is designed to minimize the performance degradation for a light loss factor of less than 5%, even during tilt and decenter, and a spherical shape is proposed for a small reflector with little effect on the error when designing the optical system.


    본 논문에서는 불꽃감지기용 테스트램프의 반사경 형상에 대해 제작 시 오차를 줄일 수 있는 설계 방법 연구를 진행하였다. 테스트램프는 높은 광량의 빛을 평행하게 진행시켜야 하지만, 제작 시 중앙 빛을 제어하는 소형 반사경의 고정이 어렵다는 단점으로 인해 광량 저하가 발생하여 목표 광량을 만족하지 못하는 경우가 많다. 이러한 문제점 해결을 위해 틸트 및 디센터 시에도 성능 저하 현상을 최소화하는 방향으로 광 손실률 5% 미만의 구 소형 반사경 설계를 진행하였고, 설계 분석 결과에 따라 광학계 제작 시에도 오차 영향이 적은 소형 반사경으로 구체 형상을 제시하였다.

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    December 2018
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    Fiber Bragg Grating Temperature Sensor by the Wavelength Tuning Using the Temperature Dependence of VCSEL

    빅셀(VCSEL)의 온도 의존성을 이용한 파장 가변 형 광섬유 격자 온도센서

    Chung-Ki Lee, Sung-Moon Kim

    이충기, 김성문

    In this paper, a low-cost optical temperature sensor is implemented, using a fiber Bragg grating (FBG) as the temperature probe and a ...

    본 논문에서는 광섬유 브래그 격자(FBG)를 이용한 광온도센서를 제작하였으며 광원은 출력 파장의 온도 의존성을 가지는 저가형 VCSEL이 사용되며 FBG에서 반사되는 빛의 파장을 분석하는 ...

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    In this paper, a low-cost optical temperature sensor is implemented, using a fiber Bragg grating (FBG) as the temperature probe and a low-cost VCSEL with temperature-dependent output wavelength as the light source. To analyze the wavelength of the reflected light from the FBG, an interrogation was applied using a method of referring to the internal temperature according to the output wavelength of the VCSEL. When the temperature of the VCSEL was adjusted from 14 to 52.2°C, the output wavelength varied from 1519.90 to 1524.25 nm. The degree of wavelength tuning according to temperature was 0.114 nm/°C. The variable wavelength repeatability error according to temperature was ±0.003 nm, and the temperature measurement error was ±0.18°C. As a result of measuring the temperatures from 22.3 to 194.2°C, the value of the internal temperature change of the light source according to the applied temperature ΔΤ was 0.146°C/ΔΤ, the change in reflected wavelength of the temperature probe according to applied temperature ΔΤ was measured at 16.64 pm/°C. and the temperature measurement error of the sensor was ±1°C.


    본 논문에서는 광섬유 브래그 격자(FBG)를 이용한 광온도센서를 제작하였으며 광원은 출력 파장의 온도 의존성을 가지는 저가형 VCSEL이 사용되며 FBG에서 반사되는 빛의 파장을 분석하는 interrogator는 VCSEL에서 변화되는 출력 파장을 VCSEL의 내부 온도로 확인하는 방법을 적용하여 저가격의 광온도센서를 구현하였다. VCSEL의 내부온도를 52.2°C에서 14°C까지 조절하면서 출력 파장을 1519.90 nm에서 1524.25 nm까지 총 4.35 nm 파장을 변화시켰으며 온도 조절에 따른 파장 변화 반복도 오차는 ±0.003 nm이며 온도 측정 오차는 ±0.18°C로 측정되었다. 광온도센서를 사용하여 22.3~194.2°C의 온도를 측정한 결과 인가한 온도 ΔT에 따른 광원 내부 온도 변화 값은 0.146°C/ΔT이고 인가한 온도 ΔT에 따른 온도 프로브 반사 파장 변화 값(ΔλβT/ΔT)은 16.64 pm/°C로 측정되었으며 센서의 측정 오차는 ±1°C로 나타났다. VCSEL의 출력 파장은 온도에 의존성을 가지고 있어 좁은 범위의 출력 파장을 변화시키기 위한 광원으로 사용하기에 매우 적합하다.

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    December 2018
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    Light Amplification in Diode-pumped Cesium Vapor Cell

    다이오드 펌프 세슘 원자 증기에서의 증폭

    Jongmin Hwang, Taek Jeong, Han Seb Moon

    황종민, 정 택, 문한섭

    We report amplification of a small signal in a diode-pumped Cs vapor cell with 500 torr of ethane buffer gas, in the ...

    본 논문에서는 200 mW 이하의 낮은 펌핑 조건의 다이오드 펌프 세슘 증기 셀에서 약한 신호광 증폭을 보고한다. 고효율 증폭 효과를 얻기 위해서 ...

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    We report amplification of a small signal in a diode-pumped Cs vapor cell with 500 torr of ethane buffer gas, in the low-pump-power regime of 200 mW or less. For efficient amplifier operation, the pump and signal beams were coupled to a single-mode optical fiber, and completely overlapped in the Cs vapor cell. We investigated the amplification of the small signal according to cell temperature, signal power, and pump power. An amplification factor of 56 was achieved under the conditions of cell temperature of 115°C, signal power of 0.1 mW, and pump power of 200 mW.


    본 논문에서는 200 mW 이하의 낮은 펌핑 조건의 다이오드 펌프 세슘 증기 셀에서 약한 신호광 증폭을 보고한다. 고효율 증폭 효과를 얻기 위해서 펌프빔과 신호빔을 하나의 단일 모드 광섬유로 통과시켜 세슘 증기 셀 내부에서 완전히 겹치도록 하였다. 우리는 약한 신호광의 증폭 정도를 셀의 온도, 신호광의 세기, 펌프광의 세기에 따라 조사하였다. 증기 셀의 온도 115°C, 신호광의 출력 0.1 mW, 그리고 펌프광의 출력 200 mW인 조건에서 56배의 증폭효과를 얻을 수 있었다.

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    December 2018
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    Design of a Reflector for LED Light Sources with Asymmetric Light Distribution

    비대칭 배광을 갖는 LED 스포츠 조명 반사경 설계

    Jin-Hee Seo, Ye-Ji Jo, Hyun-Hwa Lee, Jae-Yeong Seo, Won-Kyoun Jun, Han-Yul Lee, Dong-Hwa Kang, Mee-Suk Jung

    서진희, 조예지, 이현화, 서재영, 전원균, 이한율, 강동화, 정미숙

    In this paper, we study a method of designing a reflector for LED light sources with an asymmetric light distribution. In a ...

    본 논문은 비대칭 배광을 가지는 LED 광원용 반사경 설계 방법에 대한 연구를 진행하였다. 스포츠 경기에서 광원을 중심으로 대칭 배광을 갖는 조명은 선수와 ...

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    In this paper, we study a method of designing a reflector for LED light sources with an asymmetric light distribution. In a sports game, lighting with a symmetric distribution makes the athlete and spectators look directly at the light source, so it can cause glare. We derive the optimal tilt angle and design a reflector with asymmetric light distribution to solve these problems. Afterward, performance is analyzed according to the tennis-court lighting standard, and is confirmed to meet the class 1 European standard.


    본 논문은 비대칭 배광을 가지는 LED 광원용 반사경 설계 방법에 대한 연구를 진행하였다. 스포츠 경기에서 광원을 중심으로 대칭 배광을 갖는 조명은 선수와 관중이 광원을 직접적으로 바라보게 되어 눈부심을 발생시키는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 최적 기울기 각도를 도출하여 비대칭 배광을 갖는 반사경 설계를 진행하였다. 이후 테니스장 조명 규격에 맞게 배치하여 성능 분석을 진행하였고 유럽 표준 조명 등급의 Class 1을 만족하는 것을 확인하였다.

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    December 2018
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    Antireflective Film Design to Improve the Optical Efficiency of Organic Light-emitting Diode Displays

    유기발광다이오드 디스플레이의 광효율 향상을 위한 반사방지필름 설계

    Kiman Kim, Young Jin Lim, Le Van Doan, Gi-Dong Lee, Seung Hee Lee

    김기만, 임영진, 레 반 도안, 이기동, 이승희

    In this paper, we designed a new antireflective film to improve the optical efficiency of organic light-emitting diode displays (OLEDs). The reflection ...

    본 논문에서는 유기발광다이오드 디스플레이(OLED)의 광 효율을 향상시키기 위해 방사방지필름을 새롭게 디자인하였다. 현재 상용화되고 있는 편광판의 편광도와 투과율을 변화시켜 OLED 반사방지필름에 사용하였을 경우 ...

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    In this paper, we designed a new antireflective film to improve the optical efficiency of organic light-emitting diode displays (OLEDs). The reflection characteristics in the normal and side viewing directions of OLEDs with the antireflective film were calculated, depending on the degree of polarization and transmittance of the currently used polarizer when used in the antireflective film of an OLED. The results showed that when the polarization degree of the commercial polarizer (99.990~99.995%) is lowered to 99.900%, the average reflectance of the antireflective film is increased by about 0.1% (2.5% in terms of rate of increase) which is difficult to notice with the human eye, while the transmittance is increased by 1.63~3.34% (4.2~8.2% in terms of rate of increase). This study provides an optimal design for high-light-efficiency OLEDs with good antireflection properties.


    본 논문에서는 유기발광다이오드 디스플레이(OLED)의 광 효율을 향상시키기 위해 방사방지필름을 새롭게 디자인하였다. 현재 상용화되고 있는 편광판의 편광도와 투과율을 변화시켜 OLED 반사방지필름에 사용하였을 경우 정면과 측면방향의 반사특성을 계산하였다. 그 결과 편광도가 99.995%나 99.990%인 상용화된 편광판의 편광도를 99.9% 수준으로 떨어뜨릴 경우, 반사방지필름의 평균 시감반사율은 사람의 눈으로 알아차리기 힘든 약 0.1% (증가율 환산 2.5%) 상승한 반면, 투과율은 기존보다 약 1.63~3.34% (증가율 환산 4.2~8.2%) 상승하였다. 이 결과는 기존 OLED에서 저반사율을 유지하면서 광효율을 상승시킬 수 있는 광학설계 조건을 제시하였다.

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    December 2018
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    Efficient Humidity Color Sensor Based on a Photonic Crystal with a Metal-Organic Framework

    금속-유기 구조체를 이용한 포토닉 크리스탈 기반의 효율적인 습도 컬러 센서

    Jun Yong Kim, Sung Hak Lee, Yun Seon Do

    김준용, 이성학, 도윤선

    In this study we suggest a humidity-sensitive color sensor using a one-dimensional photonic crystal and Hong Kong University of Science and Technology-1 ...

    본 연구에서는 1차원 포토닉 크리스탈과 금속-유기 구조체 (MOF) 물질인 Hong Kong University of Science and Technology (HKUST-1)을 이용한 수분 감지 컬러 센서를 ...

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    In this study we suggest a humidity-sensitive color sensor using a one-dimensional photonic crystal and Hong Kong University of Science and Technology-1 (HKUST-1), which is a metal-organic framework (MOF) substance. One-dimensional photonic crystals have a photonic band gap, due to a periodic refractive-index change, and block and reflect light components in a specific wavelength band. The refractive index of HKUST-1 differs in dry and humid environments. Herein we designed a sensor using the presence of the photonic band gap, with FDTD simulation. As a result of optical analysis, the color conversion of the reflected light was superior to the color conversion of the transmitted light. When the center wavelength of the photonic band gap was 550 nm, the maximum peak value of the wet environment increased by a factor of about 9.5 compared to the dry environment, and the color conversion from achromatic to green was excellent as a sensor. The results of this study suggest the application of MOF materials to moisture sensors, and the nanostructure design of MOF materials will expand the applications to industrial devices.


    본 연구에서는 1차원 포토닉 크리스탈과 금속-유기 구조체 (MOF) 물질인 Hong Kong University of Science and Technology (HKUST-1)을 이용한 수분 감지 컬러 센서를 제안한다. 1차원 포토닉 크리스탈은 주기적인 굴절률 변화에 의해 포토닉 밴드갭이 존재하고, 특정한 파장 대역의 광 성분을 차단 및 반사한다. HKUST-1의 굴절률은 건조한 환경과 습한 환경에서 그 값이 서로 다르다. 여기서 우리는 포토닉 밴드갭의 유무를 활용하여 FDTD 시뮬레이션으로 센서를 설계하였다. 광학 해석 결과, 투과된 광의 색 변환보다 반사된 광의 색 변환이 우수하여 반사된 광을 이용하였다. 그리고 포토닉 밴드갭의 중심 파장이 550 nm인 경우, 건조한 환경 대비 습한 환경의 최대 피크 값이 약 9.5배로 증가했으며, 무채색에서 녹색으로 색 변환이 가능하여 센서로의 특성이 우수하였다. 본 연구 결과는 MOF 물질의 수분 감지 컬러 센서로의 활용을 제시하였으며, MOF 물질의 나노 구조 설계로 산업 디바이스로의 활용성도 확대할 것이다.

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    December 2018
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    Optimal Design Method for a Plasmonic Color Filter by Using Individual Phenomenon in a Plasmonic Hybrid Structure

    복합 플라즈몬 구조에서의 개별 모드 동작을 이용한 플라즈모닉 컬러 필터 최적의 설계 방법

    Yong Ho Lee, Yun Seon Do

    이용호, 도윤선

    In this study we propose a hybrid color-filter design method in which a nanohole array and a nanodisk array are separated by ...

    본 연구에서는 나노 홀 배열과 나노 디스크 배열이 AZ 1500 나노 기둥에 의해 분리된 하이브리드 구조의 컬러 필터 설계방법을 제시한다. 우리는 각 ...

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    In this study we propose a hybrid color-filter design method in which a nanohole array and a nanodisk array are separated by nanopillars of the material AZ 1500. We propose a design method for an RGB color filter, using the tendency of transmitted light according to each design variable. Especially we analyzed the intensity distribution of the electric field in the cross section, and set the height of the nanopillars so that the local surface-plasmon resonances generated in the two different arrays do not affect each other. The optical characteristics of the optimized color filter are as follows: In the case of the red filter, the ratio of the wavelength band expressing red in the visible broadband is 55.01%, and the maximum transmittance is 41.53%. In the case of the green filter, the ratio of the wavelength band expressing green is 40.20%, and the maximum transmittance is 42.41%. In the case of the blue filter, the ratio of the wavelength band expressing blue is 32.78%, and the maximum transmittance is 30.27%. We expect to improve the characteristics of color filters integrated in industrial devices by this study.


    본 연구에서는 나노 홀 배열과 나노 디스크 배열이 AZ 1500 나노 기둥에 의해 분리된 하이브리드 구조의 컬러 필터 설계방법을 제시한다. 우리는 각 설계 변수에 따른 투과광 특성 변화의 경향성을 이용하여 RGB 컬러 필터 설계 방법을 제시한다. 특히, 단면에서의 전기장의 세기 분포를 분석하여 두 배열에서 각각 발생하는 국소 표면 플라즈몬 공명이 서로에게 영향을 주지 않도록 AZ 1500 나노 기둥의 높이를 설정하였다. 최적화된 컬러 필터의 투과광 특성은 다음과 같다. Red 컬러 필터의 투과광 특성은 가시광 대역에서 Red를 표현하는 파장대역이 차지하는 비율이 55.01%, 투과도 최댓값이 41.53%이다. 그리고 Green컬러 필터의 경우, Green을 표현하는 파장대역의 비율이 40.20%, 투과도 최댓값은 42.41%이다. Blue 컬러 필터의 경우, Blue를 표현하는 파장대역의 비율이 32.78%, 투과도 최댓값은 30.27%이다. 본 연구를 통해 산업용 장치에 집적되는 컬러 필터의 특성 향상을 이끌어낼 수 있을 것으로 예상한다.

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    December 2018