• 비파괴검사학회지
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• 제26권6호
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• pp.390-402
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• 2006

The elastic properties and thickness of mullite environmental barrier coatings grown through chemical vapor deposition (CVD) on silicon carbide substrates were measured using frequency domain photoacoustic microscopy. In this technique, extremely narrow bandwidth surface acoustic waves are generated with an amplitude modulated laser source. A photorefractive crystal based interferometer is used to detect the resulting surface displacement. The complex displacement field is mapped as a function of source-to-receiver distance in order to extract the wavelength of the surface acoustic wave at a given excitation frequency, and the phase velocity is determined. The coatings tested exhibited spatial variations in thickness and mechanical properties. The measured surface wave dispersion curves were used to extract an effective value for the elastic modulus and the coating thickness. Nanoindentation was used to validate the measurements of the effective elastic modulus. The average elastic modulus measured through the coating thickness using nanoindentation is compared to the effective modulus found using the photoacoustic system. Optical microscopy is used to validate the thickness measurements. The results indicate that the photoacoustic microscopy technique can be used to estimate the effective elastic properties in coatings exhibiting spatial inhomogeneities, potentially providing valuable feedback for the optimization of the CVD growth process.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제34권2호
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• pp.91-96
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• 2013

In this study, we developed an integrated optical coherence tomography - photoacoustic microscopy (OCT-PAM) system to simultaneously provide optical absorption and scattering information. Two different laser sources, such as a pulsed laser for PAM and a superluminescent diode for OCT, were employed to implement the integrated OCT-PAM system. The performance of the OCT-PAM system was measured by imaging carbon fibers. We then imaged black and white hairs to demonstrate the simultaneous OCT-PAM imaging capabilities. As a result, OCT can produce 3-D images of both black and white hairs, whereas PAM is only able to image the black hair due to strong optical absorption of black hair.

• 전기학회논문지
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• 제60권6호
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• pp.1209-1214
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• 2011

Photoacoustics has been broadly studied in biomedicine, for both human and small animal tissues. Photoacoustics uniquely combines the absorption contrast of light or radio frequency waves with ultrasound resolution. Moreover, it is non-ionizing and non-invasive, and is the fastest growing new biomedical method, with clinical applications on the way. This paper provides a brief recap of recent developments in photoacoustics in biomedicine, from basic principles to applications. The emphasized areas include the new imaging modalities as well as translational research topics. A primary PA application in biomedicine is photoacoustic tomography (PAT). The past decade has seen fast developments in both theoretical reconstruction algorithms and innovative imaging techniques, and PAT has been implemented in imaging different tissues, from centimeter-large breast tumors to several micrometer-large single red blood cels (RBC). PAT now provides structural, functional and molecular imaging. Overall, PA techniques for biomedicine are maturing. They have been widely used to study both animal and human tissues. Recently, more and more research focuses on clinical applications. Commercialized PA systems are expected to be available in the near future, and wide clinical PA applications are foreseen.

• 비파괴검사학회지
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• 제35권2호
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• pp.112-119
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• 2015

고해상도 분자 영상이 가능한 광음향 현미경의 공간해상도는 초음파 변환기에 의해 결정되기 때문에 높은 동작 주파수, 광대역, 높은 신호 수신 효율을 갖는 광음향 수신 변환기는 고성능 광음향 현미경에 필수적이다. Polyvinylidene fluoride (PVDF)는 이러한 광음향 수신 변환기 성능 확보가 가능한 압전소재이다. 그러나 PVDF는 낮은 음향 임피던스로 인해 사용되는 흡음층에 의해서 중심주파수 및 대역폭이 영향을 받게된다. 본 논문에서는 광음향 현미경에 적합한 PVDF 기반 고주파수 초음파 수신 변환기의 최적 흡음층 소재의 음향 임피던스가 최종 변환기 성능에 어떠한 영향을 주는지에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해 EPO-TEK 301, E-Solder 3022, RTV를 각각 흡음층 물질로 사용하여 고주파수 초음파 수신 변환기를 제작하고 그 음향 특성을 평가하였다. 제작된 변환기의 공간해상도를 평가하기 위해 $25{\mu}m$ 직경을 갖는 철심을 표적으로 사용하여 영상을 획득하였으며, 실험을 통해 얻은 펄스-에코 신호 크기 및 중심주파수, -6 dB 대역폭, 공간해상도 평가를 통해 PVDF의 음향 임피던스보다 약간 높은 음향 임피던스를 갖는 EPO-TEK 301이 가장 적합한 흡음층 물질임을 알 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.297.2-297.2
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• 2016

Photoacoustic generation of ultrasound is an effective approach for development of high-frequency and high-amplitude ultrasound transmitters. This requires an efficient energy converter from optical input to acoustic output. For such photoacoustic conversion, various light-absorbing materials have been used such as metallic coating, dye-doped polymer composite, and nanostructure composite. These transmitters absorb laser pulses with 5-10 ns widths for generation of tens-of-MHz frequency ultrasound. The short optical pulse leads to rapid heating of the irradiated region and therefore fast thermal expansion before significant heat diffusion occurs to the surrounding. In this purpose, nanocomposite thin films containing gold nanoparticles, carbon nanotubes (CNTs), or carbon nanofibers have been recently proposed for high optical absorption, efficient thermoacosutic transfer, and mechanical robustness. These properties are necessary to produce a high-amplitude ultrasonic output under a low-energy optical input. Here, we investigate carbon nanotube (CNT)-polydimethylsiloxane (PDMS) composite transmitters and their nanostructure-originated characteristics enabling extraordinary energy conversion. We explain a thermoelastic energy conversion mechanism within the nanocomposite and examine nanostructures by using a scanning electron microscopy. Then, we measure laser-induced damage threshold of the transmitters against pulsed laser ablation. Particularly, laser-induced damage threshold has been largely overlooked so far in the development of photoacoustic transmitters. Higher damage threshold means that transmitters can withstand optical irradiation with higher laser energy and produce higher pressure output proportional to such optical input. We discuss an optimal design of CNT-PDMS composite transmitter for high-amplitude pressure generation (e.g. focused ultrasound transmitter) useful for therapeutic applications. It is fabricated using a focal structure (spherically concave substrate) that is coated with a CNT-PDMS composite layer. We also introduce some application examples of the high-amplitude focused transmitter based on the CNT-PDMS composite film.

• 대한화학회지
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• 제48권6호
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• pp.553-560
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• 2004

반도체 제작 과정에서 증착이나 식각, 회로의 검사 등에서 생겨날 수 있는 미세한 흠집이나 불완전성을 검사하기 위해 광음향 현미경법을 응용하였다. 반도체 표면에서 발생되는 광음향 신호를 측정하여 흠집의 형태와 깊이를 결정함으로써 3차원 영상을 분석하여 그 구조를 밝혔다. 또한 광음향 현미경법을 이용하여 진성 GaAs 반도체의 운반자 운송성질(비방사 벌크재결합 및 비방사 표면재결합)과 열확산도 및 시료 깊이에 따른 3차원 영상을 분석하여 진성 GaAs 반도체 열확산도 측정 시, 빛이 조사되는 표면조건에 따라 광음향신호의 주파수 의존성이 달라짐을 관측하였다. 실험결과 표면상태가 거친 면에서 매끄러운 면으로 갈수록 높은 주파수 의존성을 나타내었다. Si 웨이퍼 위에 임의로 제작되어진 흠집을 만들고 이를 광음향 현미경법으로 측정한 결과 광음향 신호는 변조되는 주파수와 웨이퍼의 열적 특성에 따라 달라지며 이를 통하여 흠집의 형태와 위치 및 크기를 확인하였다. 광음향 현미경은 반도체 소자나 세라믹 물질에 대하여 비파괴 검사와 비파괴 평가에 관한 연구가 가능하며 반도체 공정 과정에서 생겨날 수 있는 시료의 깨짐이나 결함 등을 검사하는데 응용 가능한 분석법임이 증명되었다.

• 한국음향학회지
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• 제41권5호
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• pp.507-517
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• 2022

광음향 현미경은 높은 공간 해상도와 높은 대조도를 갖는 영상을 제공할 수 있어 생명과학 연구와 의료응용에 있어 유용하다. 광음향 현미경은 레이저 펄스 송신 후 생체조직에서 발생하는 광음향 신호를 수신하여 영상을 구성한다. 일반적으로 광음향 신호의 크기는 작기 때문에, 고품질의 광음향 현미경 영상을 얻기 위해서는 고성능의 광학 및 음향 모듈과 더불어 신호 수신용 고성능 시스템이 필요하다. 그러나 대부분의 광음향 현미경 시스템은 광음향 신호의 수신, 증폭, 품질향상, 디지털화를 위해 여러 상용 장비의 조합으로 구성된다. 이러한 이유로 광음향 현미경은 부피가 클 수밖에 없으며, 최적의 성능을 제공하기 어렵다. 본 논문에서는 향상된 신호 대 잡음비와 대조도를 제공할 수 있는 광음향 수신 시스템의 구조를 제안하고 성능 평가 결과를 제시한다. 개발한 저잡음 광대역 광음향 신호 수신 시스템은 두개의 저잡음 증폭기, 두 개의 가변 이득 증폭기, 아날로그 필터, 아날로그 디지털 변환기, 그리고 디지털 제어 로직으로 구성되어 있다. 개발된 시스템의 영상 성능은 생체 모사 혈관 팬텀, 와이어 타겟 팬텀 영상 실험을 통하여 상용 신호수신 시스템의 성능과 비교하여 평가하였다. 영상 비교 실험을 통해 개발한 광음향 현미경 시스템이 상용 장비 보다 신호 대 잡음비는 6.7 dB 이상 높았고, 영상의 대조도는 3 dB 이상 높다는 것을 확인하였다.