다중 통과 셀 LITES 센서의 고감도 구현

광유도 열탄성 분광법(LITES) 센서의 검출 성능 향상과 시스템 통합을 위해 긴 광 경로 길이(OPL)와 높은 광 경로 길이 대 부피 비율(RLV)을 가진 다중 통과 셀(MPC)이 중요합니다. 본 연구에서는 병렬 비지배 정렬 유전 알고리즘 II(PNSGA-II) 다중 목적 알고리즘으로 설계된 초고밀도 스팟 패턴 MPC 기반의 초고감도 LITES 센서를 최초로 보고합니다. PNSGA-II 알고리즘을 활용하여 5가지 고밀도 스팟 패턴 MPC를 생성했으며, 실험적으로 측정된 OPL은 20 cm⁻² 이상의 우수한 RLV를 보이며 이론적 결과와 일치했습니다. 이는 PNSGA-II 알고리즘과 MPC 계산 모델이 고성능 MPC 설계에 신뢰할 수 있는 가이드임을 입증합니다. 실제 OPL이 80.14 m인 설계된 MPC를 사용하여 아세틸렌(C₂H₂) LITES 센서 시스템을 구축했습니다. 검출기로는 자체 설계된 공진 주파수 9.5 kHz의 원형 헤드 석영 튜닝 포크(QTF)를 사용했습니다. C₂H₂-LITES 센서는 C₂H₂ 농도에 대해 우수한 선형 반응을 보였으며, 최소 검출 한계(MDL)는 4.78 ppb로, 상용 QTF 대비 3.45배 향상된 성능을 나타냈습니다. 또한, Allan 편차 분석 결과 평균 시간 200초에서 MDL이 891 ppt까지 향상될 수 있음을 확인하여, 이 센서의 초고감도 검출 성능을 입증했습니다. 이 연구는 고성능 LITES 센서 개발에 중요한 기여를 합니다.