| 초록 |
□ 연구개요 최근 동북아시아 지역의 전례없는 미세/초미세먼지 농도상승, 국가산업단지에서 유출되는 각종 기체상 유해물질, 간헐적으로 발생하는 대형화학사고 발생시 신속한 오염원의 종류/위치 특정, 유해물질의 전파경로 예측을 위해서는 넓은 지역에 대한 유해물질 고해상도/실시간 광역감시체계확충을 위한 다기능 원격탐사 기술을 요구하고 있으나 기존의 작업자의 시료 샘플링을 통한 점 (point) 단위 측정은 이러한 다중유해물질에 대한 3차원 입체측정에 대한 근본적인 한계를 가지고 있다. 본 연구에서는 UV 및 IR 대역의 초연속 (supercontinuum) 스펙트럼 펄스레이저를 이용하여 미세먼지를 포함한 대기 중 유해물질의 흡수스펙트럼측정을 통해 특정 유해물질의 식별 (identification) 및 정량 (quantification)이가능하고 동시에 유해물질 존재지점에서 산란된 펄스광원의 시간분해를 통한 해당 유해물질의 3차원 공간분포도출이 가능한 원격탐사기술을 확보하는 것을 목표로 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 ○ (1차년도) UV, IR 초연속스펙트럼 펄스광원 및 실시간 광대역 분광기초기술 연구 광섬유 극초단 레이저 기반의 초연속 스펙트럼 광원을 생성하고 동일한 2대의 극초단 레이저 광원을 구축하였음. 이를 통해 이중 광빗 (dual-comb) 기반의 실시간 분광기술 및 스펙트럼 도출 알고리즘을 확보함. 국가산업단지에서 주요 배출 화학종인 VOCs, BTX 그리고 대도시에서 주로 배출되는 SOx, NOx를 포함한 기준 스펙트럼 데이터를 확보함. ○ (2차년도) UV, IR 광원 고출력 증폭장치 및 시준광학계 설계/개발 장거리 유해화학종 검출을 위해 고출력 초연속스펙트럼 증폭시스템을 구축하고 이를 장거리 전송하기 위한 서브 m 급 중형 광시준/집광부 광학계를 설계 및 제작함. 3차원 공간분포도출을 위해 광학계의 고속 자동정렬구동부를 설계하고 제작함. ○ (3차년도) 3차원 입체측정을 위한 광원/광학계 시스템 통합 및 현장적용 유해화학종의 식별 및 정량을 위한 흡수스펙트럼 최적화 및 분석 알고리즘을 구현하고 이를 실험실 환경에서 검증함. 개발된 광원/광학계/알고리즘 통합을 수행하고 확보된 국가산단 테스트 베드에서 3차원 입체측정을 성공적으로 수행함. □ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 극초단 레이저를 이용한 광주파수 표준 소급성 확보기술은 2005년 노벨상 수상 이후 많은 선진국의 주요연구그룹들을 중심으로 이를 기반으로 하는 실시간 분광/원격탐사기술을 선점하기 위해 치열한 경쟁 중에 있다. 본 연구과제를 통해 대기 중 3차원 입체측정원격탐사 핵심요소기술을 확보할 경우 이 분야의 선도적인 위치 확보와 기존의 작업자에 의존한 샘플링 측정기술이 봉착하고 있는 근원적인 한계들을 해결할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 향후 환경측정기기 형식승인을 위한 발판 마련과 동시에 이를 국가재난 감시체계에 효과적으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 더 나아가 이러한 원격탐사기술은 본 연구과제의 중점 응용분야인 재난감시분야 뿐만 아니라 최근 200대 중점우주기술개발 로드맵의 여러 세부기술 중 달탐사와 달기지 건설시 요구되는 달표면 먼지분포 측정을 위한 원격센싱 장비 및 센서 분야에도 적극활용이 가능할 것으로 기대된다. (출처 : 연구결과 요약문 2p) |
