광열 효과 검출 장치 및 방법 document_id A220623058446

광열 효과는 빛의 흡수에 기인한 열적 변화에 기초를 두고 있고 이와 같은 효과를 대표하는 방법인 광음향 (optoacoustic 또는 photoacoustic) 분광학은 어떤 물질이 빛 에너지를 흡수함으로써 압력파가 발생되는 일련의 과정을 말한다. 이러한 광음향 분광학은 기존의 일반적인 분광법과 다르게 빛과 물질의 상호작용에 의하여 물질에 흡수되는 에너지를 직접 측정함으로써 광흡수가 적은 물질에 적용 되는 경우에도 좋은 검출 감도를 갖는 방법이다. 이때, 검출 신호는 시료가 흡수하는 흡수율에 비례하며 시료의 형태가 기체, 고체, 또는 액체인 경우에도 모두 적용이 가능할 뿐만 아니라 전처리 과정도 필요하지 않는 비파괴 측정 방법으로서 매우 큰 장점을 가지고 있다. 한편 광음향 효과는 시료의 광학적 성질 및 열적 성질뿐만 아니라 그 기하학적인 구조, 또는 탄성 성질에까지 의존하는 경향을 보여준다. 즉, 빛이 시료에 조사될 때 물성과 기하학적 구조에 따라 그 지점에서의 흡수 또는 반사 특성이 변하기 때문에 광음향 신호가 변하게 되는 것이다. 따라서 분석 시료의 표면이나 그 내부에 결함이 존재하는 경우에는 국소적인 열파가 변하게 되고 이는 광음향 신호의 변화로 이어져 그 결함들을 감지할 수 있으며, 각 미시적인 지점에서 어떤 불순물이 존재하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 광음향법은 깊이 영상 분석(depth-profiling analysis)을 가능하게 한다. 먼저 일시적인 빛이 파장 변화에 의해 광투과 깊이가 결정되면 광음향 신호가 생성되며 그 빛의 조사주기를 변화시키면 열파의 투과 깊이가 변화하게 된다. 즉, 열확산 길이가 빛의 조사주기에 의존함을 보여주게 되므로 여러 주파수에서의 깊이 영상 분석 실험이 가능하게 된다. 이러한 광음향 효과는 고감도 검출 방법으로서 다양한 시료 측정에 응용되어 왔으나 그 음향파 측정 방법에 있어서 분석 시료와 검출기가 근접해야 한다는 문제점이 있었다. 이러한 문제점은 광음향 효과가 산업 전반에 응용될 때 단점으로 작용할 수 있다. 또한 종래에는 광음향 효과에 의해 발생된 음향파를 마이크로폰 또는 초음파 센서 등으로 직접 검출하거나 반사되어 돌아오는 탐침 빛을 센서로 분석하기 때문에 대상 시료가 멀리 떨어져 있거나 그 적용 범위가 광범위할 경우에는 적용하기 어려운 문제점이 있었다.