Abstract
In this paper, a Raman spectrometer is designed to detect chemicals contaminating the ground. The system is based on Raman spectroscopy, which is spectral analysis of scattered light from chemicals, induced by a laser. The system consists of a transmitting-optics module with a laser to induce Raman-scattered light from the sample, a receiving-optics module to collect the scattered light, and a spectrograph to separate the collected light into a wavelength spectrum. The telescope, a part of the receiving-optics module, is designed to produce a focal spot in the same position for variable measurement distances using the code V simulator, considering the distance change between the system and the road. The Raman spectra of 12 chemicals on a glass surface and on a concrete sample were measured. Intensity differences between the Raman spectra acquired on a glass surface and on a concrete sample were observed, but the characteristics of the spectra according to the chemicals on them were similar. Additionally, the Raman spectrum of PTFE (polytetrafluoroethylene) was measured at various distances. The measured and simulated optical throughputs were similar. In conclusion, it is confirmed that with this system the Raman spectrum can be measured, irrespective of the distance change.
본 연구에서는 오염된 지표면의 화학물질을 탐지하기 위해 라만 라이다 기반의 지표면 화학물질 탐지 시스템을 설계하고 제작하였다. 화학물질에 레이저를 조사하였을 때 나오는 라만 산란광을 측정하여 측정 시료의 분광정보를 얻는 라만 라이다 시스템은 측정 시료의 라만 산란광을 유도하는 레이저를 포함한 송광부와 라만 산란광을 수광하는 수광부, 수광된 광을 파장별로 나눠주는 분광부로 구성된다. 측정거리가 변하여도 수광부에 의해 집광되는 광이 동일한 위치에 집속되도록 code V 시뮬레이터를 사용하여 광학계를 설계하였다. 총 12종의 화학물질이 유리와 콘크리트 위에 있을 때 라만 스펙트럼을 측정하여 비교한 결과 라만 스펙트럼의 특성이 유사하지만, 세기에 차이가 있는 것을 관찰하였다. 고체 시료인 PTFE (polytetra-fluoroethylene)를 사용하여 시스템과의 거리 변화에 따른 라만 스펙트럼의 세기를 비교한 결과 시뮬레이션에서 얻은 거리에 따른 수광 효율과 유사한 것을 확인하였다. 결론적으로 본 시스템을 이용하여 다양한 거리에서도 화학물질의 라만 스펙트럼 측정이 가능함을 확인하였다.