일산화질소(Nitric Oxide, NO)의 고감도 검출 구현은 환경, 생의학 등 분야에서 중요한 의미를 가진다. NO는 중적외선 대역에서 강한 기본 진동 흡수를 가지며, 중적외선 양자 캐스케이드 레이저를 광원으로 사용하고 조정 가능한 반도체 흡수 분광 기술(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS)을 결합하여 NO 가스의 고감도 검출이 가능하다. 반도체 냉각기(Thermoelectric Cooler, TEC)를 핵심으로 하는 3단계 TEC 온도 제어 구조를 설계하였으며, <inline-formula><alternatives><math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M1"><msub><mrow><mi>Y</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn><mi>f</mi></mrow></msub><mo>/</mo><msub><mrow><mi>X</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn><mi>f</mi></mrow></msub></math><graphic specific-use="big" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="alternativeImage/D8EC9C5C-0258-4bdd-96B4-CCBA615C46F4-M001.jpg"/><graphic specific-use="small" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="alternativeImage/D8EC9C5C-0258-4bdd-96B4-CCBA615C46F4-M001c.jpg"/></alternatives></inline-formula> 농도 역산 모델을 제안하여 레이저 온도 안정성 제어와 가스 농도 역산 모델 두 측면에서 중적외선 TDLAS 기술 기반 NO 가스 검출 감도를 향상시켰다. 실험 결과 실온에서 레이저 온도가 설정 값에 빠르게 안정화되었으며 온도 안정성은 0.003 ℃에 달하였다; 동일 실험 조건에서 <inline-formula><alternatives><math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M2"><msub><mrow><mi>Y</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn><mi>f</mi></mrow></msub><mo>/</mo><msub><mrow><mi>X</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn><mi>f</mi></mrow></msub></math><graphic specific-use="big" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="alternativeImage/D8EC9C5C-0258-4bdd-96B4-CCBA615C46F4-M001.jpg"/><graphic specific-use="small" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="alternativeImage/D8EC9C5C-0258-4bdd-96B4-CCBA615C46F4-M001c.jpg"/></alternatives></inline-formula> 모델이 2f/1f 모델보다 성능이 우수함을 나타냈다. 시스템은 30 m 유효 광 경로와 레이저 3단계 온도 제어 조건 하에서 <inline-formula><alternatives><math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M3"><msub><mrow><mi>Y</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn><mi>f</mi></mrow></msub><mo>/</mo><msub><mrow><mi>X</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn><mi>f</mi></mrow></msub></math><graphic specific-use="big" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="alternativeImage/D8EC9C5C-0258-4bdd-96B4-CCBA615C46F4-M003.jpg"/><graphic specific-use="small" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="alternativeImage/D8EC9C5C-0258-4bdd-96B4-CCBA615C46F4-M003c.jpg"/></alternatives></inline-formula> 신호 피크 값으로 농도 역산을 수행했으며, 0~500×10^-6 농도 내에서 NO 농도 측정 선형도는 0.9975에 달했고 시스템 검출 한계는 37.5×10^-9에 도달하였다. 레이저 온도 제어 구조와 가스 농도 역산 모델의 최적화를 통해 시스템의 NO 가스 검출 감도가 크게 향상되었다.

레이저 분광 기술; 일산화질소; 중적외선; 3단계 온도 제어; 농도 역산 모델