발광열탄성분광법(LITES) 기술은 높은 민감도와 높은 선택성의 장점으로 미량 가스 검출 분야에 널리 적용되고 있다. 이 기술은 고가의 광전검출기 대신 소형 저비용 쿼츠 포크를 검출 요소로 사용하며, 레이저와 측정 대상 가스의 상호작용 후 광 세기 변화량을 감지하여 가스 농도 정보를 역산한다. LITES 센서 시스템의 검출 민감도를 향상시키기 위해, 본 논문에서는 유효 광경로 길이가 17m인 Herriot형 다중 통과 셀을 설계하고, 센서 시스템의 응답 시간을 단축하기 위한 박(frequency beating, BF) 변조/복조 방식을 제안하였다. 개발된 BF-LITES 센서 시스템은 800ms의 측정 주기 내에 전체 신호 측정을 완료할 수 있으며, 기존 20초 측정 주기의 전통적 LITES 시스템에 비해 신호 측정 주기가 25배 단축되었다. 실험적으로 BF-LITES 센서 시스템을 구축하고, 변조 주파수, 변조 깊이, 스캔 속도 등의 매개변수를 최적화하여 최종적으로 메탄 가스에 대한 검출 민감도를 256.74 ppb로 측정하였다. 앨런 분산 분석 결과, 평균 시간이 81초로 증가할 때 검출 민감도가 6.71 ppb까지 향상될 수 있음을 확인하였다. 전통적인 LITES 센서 시스템과 비교할 때, 설계된 BF-LITES 센서 시스템은 더 높은 검출 민감도와 빠른 응답 속도를 가지며, 환경 모니터링, 산업 공정 제어, 의료 진단 등 분야에서 높은 응용 가능성을 가진다.

광발열탄성분광;박주파 변조 복조 기술;Herriot형 다중 통과 셀;쿼츠 포크