1. 서 론

수소 이온 농도인 pH는 분석 화학, 생물 의학 및 환경 관리 분야 등에서 매우 필수적인 측정 요소이며, 이러한 pH 측정에 대하여 빛을 이용하여 화학물의 존재를 광학적 신호로 감지하는 광학 화학 센서는 구조적으로 유연하고 화학적 독성 및 부식성에 강한 특성이 있어 많이 이용되고 있다. 특히, 광섬유 기반 화학 센서는 소형, 경량, 전자기 간섭에 대한 내성, 원격 감지 기능 등의 다양한 장점을 기반으로 높은 감도와 빠른 응답 시간을 가진 pH 센서로의 응용이 가능하다^(1-3).

이러한 광섬유 기반 pH 센서를 구현하기 위해 장주기 광섬유 격자(long-period fiber grating: 이하 LPFG), 광섬유 브래그 격자(fiber Bragg grating: 이하 FBG), 마이크로밴딩 구조, 테이퍼 구조 등의 다양한 센서 구성을 이용한 연구들이 보고되어 왔다^(4-8). 그중에서도 광섬유 격자는 LPFG의 경우 수백 마이크로 미터에서 FBG의 경우 마이크로 미터에 이르는 굴절률 변조 주기를 갖는 수동 광학 부품으로, 주변 매질에서 화학적 상호 작용으로 발생되는 굴절률 변화를 격자 공진 파장의 변화량을 측정함으로써 감지할 수 있는 효율적인 pH 감지 광학 플랫폼이다^(9-10). 특히 LPFG는 코어 모드(core mode)와 클래딩(cladding) 모드의 결합(coupling)에 의해 공진(resonance) 조건을 만족하는 파장대의 감쇠 대역을 포함하는 투과 스펙트럼(spectrum)을 출력함으로써, FBG와 비교 시 클래딩 외부 매질의 굴절률 변화에 더 민감한 특성을 보인다⁽¹¹⁾. 또한, 이러한 LPFG의 중간에 위상 천이(phase shift)를 유도하여 위상 천이 LPFG(phase-shifted LPFG: 이하 PS-LPFG)를 제작할 경우, 하나의 투과 골(dip)이 서로 다른 파장을 갖는 두 개의 감쇠 대역(attenuation band)으로 분할되는 스펙트럼 특성을 확인할 수 있으며, 이러한 두 개의 분할된 감쇠 대역의 골 파장 차이는 외부 매개 변수를 측정하기 위한 센서의 지표로 활용할 수 있다⁽¹²⁾. 최근까지 LPFG를 이용한 pH 센서는 pH 변화에 따라 굴절률이 변하는 pH 민감성 필름(film)을 광섬유 격자 표면에 코팅함으로써 구현되었다. 예를 들어, 고분자 나노 막이 증착된 LPFG 기반 광섬유 pH 센서는 4에서 7까지의 pH 범위에서 28.3nm/pH의 높은 pH 감도로 선형적인 pH 반응 특성을 나타내었으며, 단일 모드 광섬유 (single-mode fiber: 이하 SMF)에 형성된 LPFG는 하이드로 겔 코팅 처리를 통해 pH 2에서 12까지의 범위에 대하여 pH 감도가 0.66nm/pH인 광범위한 pH 센서의 센서부(sensor head)로 제안되었다^(4-5). 그러나 pH에 민감한 필름 코팅 처리가 된 LPFG 기반 센서의 경우, 광섬유 표면에 코팅된 필름이 외부 매체의 pH 변화에 따라 부피가 변화되어 굴절률에 영향을 미치게 되므로, 반응 시간이 느리고 반복성이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 정확한 pH 값을 측정하기 위해서는 LPFG의 온도 교차 민감도에 의한 영향을 최소화하여 pH의 변화만을 독립적으로 분리 측정할 수 있는 해결책이 필요하다.

본 논문에서는 CO$_2$ 레이저를 이용하여 고복굴절 광섬유(high-birefringence fiber: 이하 HBF)에 PS-LPFG를 제작하고, 이를 센서부로 이용하여 주변 온도 변화에 상관없이 독립적으로 pH를 측정할 수 있는 PS-LPFG 기반 pH 센서를 제안한다. HBF에 새겨진 PS-LPFG(이하: HB-PS-LPFG)는 CO$_2$ 레이저를 이용하여 제작된 격자 주기 및 길이가 동일한 두 개의 LPFG 사이에 격자가 없는 광섬유 영역(grating-free fiber region: 이하 GFFR)을 삽입하여 구현하였으며, π 만큼의 위상 천이를 유도하기 위해서 GFFR은 격자 주기의 0.5배 길이로 제작되었다. 특히, 제작된 HB-PS-LPFG는 HBF의 모드 복굴절(modal birefringence)로 인하여 HBF의 두 주축(고속 및 저속축)에 정렬된 두 직교 입력 편광 상태(state of polarization: 이하 SOP)에 따라 위상 정합 조건이 상이하므로, 서로 다른 공진 파장을 갖는 두 개의 투과 스펙트럼을 나타낼 수 있다. 편의상 HBF의 고속 및 저속축을 여기시키는 입력 SOP를 각각 선형 수평 편광(linear horizontal polarization: 이하 LHP) 및 선형 수직 편광(linear vertical polarization: 이하 LVP)으로 지정한다. 즉, 제작된 HB-PS-LPFG는 LHP 및 LVP의 입력 SOP에 따라 완전히 다른 두 개의 분할 감쇠 대역을 갖는 투과 스펙트럼을 출력하며, 분할 감쇠 대역의 파장 간격 값(λ$_S$)은 pH 및 온도에 대한 센서의 지표로 활용 가능하다. 즉 제작된 HB-PS-LPFG의 pH 및 온도 응답은 주변 pH 변화(ΔpH)가 각각 3에서 11로 2씩 증가하거나 온도 변화(ΔT)가 25°C에서 65°C로 10°C씩 증가할 때, LHP 및 LVP 입력 SOP에 대해 얻어진 센서 지표(λ$_S$)의 파장 변화량을 조사함으로써 검출할 수 있으며, 각 직교 입력 SOP에 대한 pH 및 온도 민감도와 선형 응답 특성으로 나타낼 수 있다. 결과적으로, pH가 3에서 11까지 2씩 증가할 때 제작된 센서의 pH 응답은 LHP 및 LVP 입력 SOP에 대하여 민감도가 각각 312 및 -426pm/pH 값으로 측정되었으며, 선형성을 나타내는 보정 R$^2$ 값은 각각 ~0.95225 및 ~0.93212로 계산되었다. 그리고, 센서 주변 온도가 25°C에서 65°C로 10°C씩 증가할 때 센서의 온도 응답은 LHP 및 LVP 입력 SOP에 대하여 민감도가 각각 196.6 및 –59.0pm/°C로 측정되었고, 보정 R$^2$ 값은 각각 ~0.99990 및 ~0.99730으로 계산되었다. 제작된 HB-PS-LPFG는 이러한 직교 입력 SOP에 따른 λ$_S$의 ΔpH 또는 ΔT에 대한 독립적이고 선형적인 출력 특성을 이용하여 주변의 pH 및 온도를 동시에 측정할 수 있다. 제작된 HB-PS-LPFG는 이러한 직교 입력 SOP에 따른 λ$_S$의 ΔpH 또는 ΔT에 대한 독립적이고 선형적인 출력 특성을 이용하여 주변의 pH 및 온도를 동시에 측정할 수 있다. 제안된 센서는 pH에 민감한 필름을 코팅하는 방법을 사용하는 기존 pH 광섬유 센서와 비교하여 추가적인 표면 기능화 과정 없이도 3에서 11까지의 광범위한 pH 범위를 측정할 수 있으며, 산성 및 알칼리성 영역을 분리하지 않고 연속적으로 모니터링할 수 있는 장점이 있다. 특히, pH와 온도를 분리 측정함으로써 기존 LPFG 기반 센서가 갖는 온도 교차 민감도에 대한 문제를 해결하고 온도 보상이 가능한 pH 응답 특성을 제공할 수 있다.

2. 센서의 제작 및 실험 구성

그림 1은 제안된 HB-PS-LPFG 기반 광섬유 센서의 단면 모식도를 보여주고 있다. 우선, 제안된 광섬유 센서부를 제작하기 위해 피복이 제거된 HBF 가닥의 양단을 SMF와 융착 접속(fusion splicing)한 후, 전동식 선형 스테이지(linear stage)에 장착하고 한쪽 끝에 추를 달아 HBF 가닥에 길이 방향 장력을 인가하였다. 또한, HBF의 응력 인가 영역(stress-applying part)을 고려하여 HBF의 코어에 CO$_2$ 레이저의 조사가 집중될 수 있도록 광학 현미경으로 HBF의 단면을 관찰한 후 CO$_2$ 레이저의 조사 방향이 HBF의 주축 방향과 일치하도록 조정하였다.

격자 제작 시 2D 레이저 스캐닝(scanning) 시스템에 의해 정렬된 CO$_2$ 레이저 빔(beam)은 ~2.78W의 광 파워(power) 및 50mm/s의 속도로 라인 별 조사(line-by-line irradiation) 기법을 통해 HBF에 조사되었다. 격자 주기 및 길이가 각각 ~510μm 및 ~20.4mm인 2개의 동일한 LPFG가 ~255μm의 GFFR을 두고 제작될 수 있도록 레이저 스캐닝 기반 제작 시스템을 최적화하였으며, 제안된 HB-PS-LPFG 기반 센서를 제작하기 위해 총 10회의 스캐닝 사이클을 반복하였다. CO$_2$ 레이저 빔이 HBF를 스캔하는 동안, 제작되는 PS-LPFG의 출력 스펙트럼은 1460-1610nm 파장 대역을 가진 광대역 광원(broadband source: 이하 BBS), 편광 조절기(polarization controller: 이하 PC), 광 스펙트럼 분석기(optical spectrum analyzer: 이하 OSA)를 이용하여 모니터링되었다. 사용된 PC는 선형 편광기(linear polarizer: 이하 LP), 1/4 파장판(quarter-wave plate: 이하 QWP), 1/2 파장판(half-wave plate: 이하 HWP)으로 구성되며, 제작된 HB-PS-LPFG의 출력 스펙트럼이 두 직교 입력 편광에 따라 서로 다른 공진 파장에서 최대 대조비(contrast ratio)를 나타내도록 조정되었다.

그림 2는 LHP 및 LVP의 두 직교 입력 편광 상태에 대해 외부 섭동 없이 실온에서 측정된 HB-PS-LPFG의 출력 스펙트럼을 보여주며, 두 편광 상태에 따른 출력 스펙트럼은 각각 파란색 및 빨간색 실선으로 표시되었다. PC에 포함된 QWP와 HWP의 방위각을 각각 65.3°와 54.6°로 설정한 후 LP의 방위각을 각각 0°(LHP) 또는 90°(LVP)로 조정하면 최대 대조비를 갖는 HB-PS-LPFG의 투과 스펙트럼을 출력할 수 있으며, 편광에 따라 얻어지는 두 투과 스펙트럼들은 각각 서로 다른 파장에서 분할된 감쇠 대역을 갖는다.

편광 의존성을 갖는 분할 감쇠 대역의 두 골 파장은 LHP 입력 신호에 대해 각각 λ$_A$ 및 λ$_B$, LVP 입력 신호에 대해 λ$_{C}$ 및 λ$_{D}$로 나타내며, 이러한 두 골 파장 간 파장 간격(λ$_S$)은 외부의 물리적 변화량에 대한 센서 지표로 활용된다. LHP 및 LVP 입력 신호에 대한 λ$_S$는 각각 λ$_{S,LHP}$ 및 λ$_{S,LVP}$로 표기하며, 각각 λ$_B$ - λ$_A$ 및 λ$_{D}$ - λ$_{C}$로 정의한다. 제작된 HB-PS-LPFG의 출력 스펙트럼에서 분할 감쇠 대역의 골 파장 대역 소거율(band-rejection ratio: 이하 BRR)은 LHP 입력 SOP의 경우 λ$_A$(= ~1533.72nm)에서 ~20.98dB 및 λ$_B$(= ~1561.15nm)에서 ~16.68dB로 측정되었으며, LVP 입력 SOP의 경우 λ$_{C}$(=~1508.37nm)에서 ~25.32dB 및 λ$_{D}$(=~1543.95nm)에서 ~20.64dB로 측정되었다.

그림 3은 제작된 HB-PS-LPFG를 이용하여 주변의 pH 및 온도 변화를 측정하기 위한 실험 셋업의 개략도를 보여주며, 이는 BBS, PC, OSA 및 센서부인 HB-PS-LPFG로 구성된다. HB-PS-LPFG의 pH 응답은 센서부를 샘플(sample) 용기에 굽힘이 가해지지 않은 상태로 장착한 후, 실온에서 샘플 용액의 pH를 3에서 11까지 2씩 증가시키면서 출력 스펙트럼의 λ$_S$를 직교 입력 편광에 따라 측정함으로써 조사되었다. 샘플 용액으로 사용된 산성 또는 알칼리성 용액은 HNO3 또는 NaOH를 각각 증류수로 희석하여 3~11 범위의 pH 값을 갖도록 조정되었으며, 이는 0.01pH의 정확도를 갖는 디지털 pH 미터로 측정되었다. 또한, pH 측정에 대한 굴절률의 영향을 조사하기 위해 샘플 용액의 굴절률을 디지털 굴절계로 확인한 결과, pH 변화에 관계없이 굴절률은 ~1.3330으로 동일하게 측정되었다.

마찬가지로, 제작된 센서의 온도 응답은 HB-PS-LPFG를 평면형 히터(heater)에 구부러지지 않도록 고정한 후, 온도가 25°C에서 65°C로 10°C씩 증가할 때 직교 입력 편광에 대한 출력 스펙트럼의 λ$_S$를 측정함으로써 조사되었다. 즉, HB-PS-LPFG의 두 센서 지표인 λ$_{S,LHP}$ 및 λ$_{S,LVP}$의 pH 또는 온도 변화에 따른 파장 변화량을 측정함으로써 제작된 센서의 pH 또는 온도 응답을 조사하고, 이를 이용하여 pH 및 온도의 동시 측정을 수행할 수 있다.

3. 실험 결과 및 고찰

제작된 HB-PS-LPFG의 pH 및 온도 응답은 주변 pH 변화(ΔpH) 및 온도 변화(ΔT)에 따른 LHP 및 LVP 입력 SOP에 대해 얻어진 센서 지표(λ$_S$)의 파장 변화량을 조사함으로써 검출할 수 있다. 이러한 외부 요인의 변화에 의해 유도된 λ$_S$의 변화는 위상 변화 (ΔΦ)를 고려하여 이해할 수 있으며, 그 식은 다음과 같다.

여기서 $\beta_{co}(= 2πn_{co}/λ)$ 및 $\beta_{cl,\:m}(= 2πn_{cl,m}/λ)$는 각각 코어 모드와 m번째 클래딩 모드의 전파 상수, n$_{co}$ 및 n$_{cl,m}$은 각각 코어 모드와 m번째 클래딩 모드의 유효 굴절률, λ는 진공 중 파장, L$_{ps}$는 GFFR의 길이를 나타낸다. 주변 온도나 pH의 변화로 인한 코어 및 클래딩 모드 유효 굴절률 차의 변화는 위상 변화를 유도하며, 결국 λ$_S$의 증가 또는 감소로 이어진다⁽¹³⁾. 그림 4는 제작된 HB-PS-LPFG가 담긴 용액의 pH가 3에서 11로 2씩 증가할 때, LHP 및 LVP 입력 SOP에 대해 상온에서 측정된 최소 투과도 골의 스펙트럼 변화를 각 골 파장 부근에서 확대한 결과를 보여준다.

그림 4(a) 및 4(b)는 pH 변화에 의해 유도된 LHP 입력 신호에 대한 출력 스펙트럼의 변화를 각각 λ$_A$ 및 λ$_B$ 부근에서 확대한 모습이며, pH가 증가함에 따라 λ$_A$와 λ$_B$가 각각 단파장과 장파장의 영역으로 이동하여 λ$_{S,LHP}$가 증가하는 것을 알 수 있다. LVP 입력 신호의 경우, pH 변화에 의해 유도된 출력 스펙트럼의 변화는 그림 4(c) 및 4(d)와 같이 λ$_{C}$ 및 λ$_{D}$ 부근에서 나타나고 있으며, pH가 증가함에 따라 λ$_{C}$와 λ$_{D}$는 각각 장파장과 단파장의 영역으로 이동하여 λ$_{S,LVP}$가 감소하는 것을 알 수 있다. 따라서 인가된 pH가 3에서 11로 증가함에 따라 두 센서 지표 λ$_{S,LHP}$ 및 λ$_{S,LVP}$의 파장 변화량은 각각 증가 및 감소하여 서로 반대의 경향을 보였고, 변화량은 각각 2.58 및 3.55nm로 측정되었다. 그림 5는 pH가 3에서 11까지 2씩 증가할 때, 각각 청색 및 적색 사각형 기호들로 표시되는 두 센서 지표 λ$_{S,LHP}$ 및 λ$_{S,LVP}$의 pH 응답을 보여준다. 두 센서 지표 λ$_{S,LHP}$ 및 λ$_{S,LVP}$의 pH 민감도는 각각 C$_{pH,LHP}$ = Δλ$_{S,LHP}$/ΔpH 및 C$_{pH,LVP}$ = Δλ$_{S,LVP}$/ΔpH로 정의되어 312 및 -426pm/pH로 도출되었으며, 보정 R$^2$ 값은 각각 ~0.95225 및 ~0.93212로 계산되었다. 이러한 결과는 두 센서 지표가 상기 범위의 ΔpH에 대하여 선형적이고 독립적인 pH 응답을 나타냄을 의미한다.

다음으로 그림 6은 제작된 HB-PS-LPFG의 온도 응답을 조사하기 위해 pH 변화가 인가되지 않은 상태로 25~65°C의 온도 범위에서 온도가 10°C씩 증가할 때, LHP 및 LVP 입력 SOP에 대한 최소 투과도 골의 스펙트럼 변화를 각 골 파장 부근에서 확대한 결과를 보여준다. 그림 6(a) 및 6(b)는 LHP 입력 신호에 대한 출력 스펙트럼에서 온도 변화에 의해 유도되는 λ$_A$ 및 λ$_B$의 파장 변화를 확대하여 나타낸 결과이며, 외부 온도의 증가는 λ$_A$ 와 λ$_B$를 각각 단파장과 장파장 영역으로 이동시킴으로써 λ$_{S,LHP}$의 증가를 유도하였다. 그림 6(c) 및 6(d)는 LVP 입력 신호에 대한 출력 스펙트럼에서 온도 변화에 의해 유도되는 λ$_{C}$ 및 λ$_{D}$의 파장 변화를 확대하여 보여주고 있다. 이 경우 온도 증가에 따라 λ$_{C}$ 및 λ$_{D}$가 모두 장파장 영역으로 이동하였으나, 이동량의 차이에 따라 결과적으로 λ$_{S,LVP}$는 감소하였다. 즉, 두 센서 지표 λ$_{S,LHP}$ 및 λ$_{S,LVP}$는 온도가 25~65°C까지 10°C씩 증가함에 따라 각각 증가 및 감소하였으며, 인가된 온도 범위에서 λ$_{S,LHP}$ 및 λ$_{S,LVP}$의 파장 변화량은 각각 7.88 및 2.40nm로 측정되었다.

그림 7은 제작된 센서의 온도 응답을 조사하기 위해 온도 변화(ΔT)가 25~65°C까지 10°C 단위로 주어졌을 때 λ$_{S,LHP}$ 및 λ$_{S,LVP}$의 파장 변화량을 나타내고 있으며, 각각 청색 및 적색 사각형 기호들로 표시되었다. 주어진 데이터를 통하여 λ$_{S,LHP}$ 및 λ$_{S,LVP}$의 온도 민감도는 각각 C$_{T,LHP}$ = Δλ$_{S,LHP}$/ΔT 및 C$_{T,LVP}$ = Δλ$_{S,LVP}$/ΔT로 정의되어 196.6 및 –59.0pm/°C로 도출되었으며, 보정 R$^2$ 값은 각각 ~0.99990 및 ~0.99730로 계산되었다. 이를 통하여 제작된 센서는 인가된 ΔT에 대하여 두 센서 지표의 온도 응답이 매우 선형적이고 독립적임을 보여주었다.

위의 조사를 통해 HB-PS-LPFG의 LHP 및 LVP 입력 편광에 대한 두 센서 지표의 ΔpH 및 ΔT 에 대한 파장 이동량(Δλ$_{S,LHP}$와 Δλ$_{S,LVP}$)은 서로 다른 값의 네 가지 민감도 계수(즉, C$_{pH,LHP}$, C$_{pH,LVP}$, C$_{T,LHP}$, C$_{T,LVP}$)를 사용하여 하나의 행렬로 통합될 수 있으며 아래와 같이 표현된다.

따라서, 측정된 λ$_{S,LHP}$와 λ$_{S,LVP}$의 파장 이동량(Δλ$_{S,LHP}$와 Δλ$_{S,LVP}$)과 네 개의 민감도 값으로부터 센서부에 가해진 pH 및 주변 온도 변화를 동시에 구할 수 있다. 특히, 식(2)의 민감도 계수로 구성된 행렬로부터 센서 시스템이 노이즈 등의 교란(perturbation)에 민감한 정도를 정량적으로 보여주는 값인 조건수(condition number, κ)를 분석하여 아래 식과 같이 나타낼 수 있다.

여기서 M은 λ$_{S,LHP}$와 λ$_{S,LVP}$의 ΔpH 및 ΔT 에 대한 민감도 계수로 구성된 행렬을 나타내며, ‖M‖과 ‖M-1‖는 행렬 M과 M의 역행렬에 대한 놈(norm)을 의미한다. 결과적으로 제작된 센서의 조건수는 ~5.74로 계산되었으며, 이는 HBF에 LPFG 쌍을 제작하여 스트레인과 온도를 동시 측정한 다른 센서 시스템에서 도출된 조건수인 ~213.1과 비교했을 때 37배 이상의 낮은 값이다. 따라서, 제작된 센서를 통해 측정된 민감도 계수로 구성된 행렬 M은 좋은 조건(well-conditioned)으로 간주될 수 있다⁽¹⁴⁾.

4. 결 론

본 논문에서는 pH와 온도를 동시에 측정할 수 있는 HBF에 새겨진 π-PS-LPFG(HB-PS-LPFG)를 기반으로 한 광섬유 센서를 제작하고 실험적으로 증명하였다. 제작된 HB-PS-LPFG는 두 개의 직교 입력 SOP인 LHP와 LVP에 따라 서로 다른 편광 의존 투과 스펙트럼을 출력하며, 이는 서로 다른 파장 대역에서 두 개의 분할 감쇠 골을 갖는 스펙트럼 특성을 갖는다. 여기서 두 분할 감쇠 골의 분할된 골 간 파장 간격은 센서 주변의 pH 및 온도 변화를 정량화하기 위한 센서 지표로 사용되었다. LHP 및 LVP 입력 SOP에 대해 얻어진 센서 지표 즉, λ$_{S,LHP}$와 λ$_{S,LVP}$에 대해 pH가 3에서 11 그리고 주변 온도가 25°C에서 65°C로 증가할 때 지표들의 파장 변화량이 조사되었다. 3에서 11까지의 pH 측정 범위에서 조사된 pH 응답으로부터 λ$_{S,LHP}$와 λ$_{S,LVP}$의 pH 민감도는 각각 312 및 -426pm/pH로 측정되었으며, 보정 R$^2$ 값은 각각 ~0.95225 및 ~0.93212로 계산되었다. 그리고, 25°C에서 65°C까지의 온도 측정 범위에서 조사된 온도 응답으로부터 λ$_{S,LHP}$와 λ$_{S,LVP}$의 온도 민감도는 196.6 및 –59.0pm/°C로 측정되었으며, 보정 R2 값은 각각 ~0.99990 및 ~0.99730으로 계산되었다. 제작된 HB-PS-LPFG의 두 센서 지표(λ$_{S,LHP}$및 λ$_{S,LVP}$)는 pH 및 온도 변화에 대하여 각각 독립적이고 선형적인 응답을 나타내었으며, 이러한 두 센서 지표의 고유한 pH 및 온도 응답 특성으로 인해 센서 주변의 pH 및 온도 변화는 λ$_{S,LHP}$및 λ$_{S,LVP}$의 변화를 측정하고 미리 결정된 pH 및 온도 민감도를 이용하여 동시에 추정될 수 있다. 결과적으로 제작된 센서는 pH와 온도를 분리하여 측정할 수 있으므로 pH 측정 시 변화되는 온도에 대한 보상이 가능하며, pH 민감성 필름의 정교한 코팅 과정이 불필요하므로 코팅 열화 또는 탈착으로 인한 측정 오차를 줄일 수 있다. 이러한 pH 및 온도의 동시 측정 기능을 통해 제안된 센서는 수질, 생물 의학, 식품 가공 및 부식 등을 모니터링하는데 비용 효율적이고 온도에 민감하지 않은 pH 센서로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.