본 논문에서는 초소형의 광섬유 결합형 테라헤르츠 모듈을 이용하여 테라헤르츠 시간영역 분광 및 영상 시스템을 구성하였다. 구성된 THz 분광 시스템을 이용하여 3 THz 이상의 자유공간에 분포되어 있는 수분의 고유 흡수 스펙트럼을 관측하였고 테라헤르츠 대역에서의 Si, $Al_2O_3$, GaAs기판에 대한 굴절률을 측정하였으며 측정을 위해 다중 반사를 고려한 전달 함수를 이용한 굴절률 측정 방법을 이용하였다. 또한, 테라헤르츠 영상 시스템을 이용하여 의료용 칼과 클립을 측정하여 250 ${\mu}m$ 간격으로 $192{\times}89$ 픽셀의 영상을 얻었다.
본 논문에서는 InGaAs 반도체에 기반한 테라헤르쯔(THz) 송/수신기(Tx/Rx) 제작을 위한 기초 연구로서, InGaAs 박막의 THz 발생 및 검출 특성에 관한 결과를 보고한다. THz 발생과 검출 특성 조사에는 각각 MBE 장비로 고온(HT) 및 저온(LT)에서 성장한 InGaAs 박막이 사용되었으며, THz 발생에는 photo-Dember 표면방출 방법이 시도되었다. HT-InGaAs 기판 위에 제작한 전송선(Ti/Au)의 가장자리에 Ti:Sapphire fs 펄스 레이저(60 ps/83 MHz)를 조사하여 THz파를 발생시켰으며, 이때 THz 검출에는 LT-GaAs가 사용되었다. 시간지연에 따른 전류신호를 Fourier 변환하여 얻은 THz 스펙트럼의 주파수 범위는 약 0.5~2 THz이었으며, 여기 레이저 출력에 대한 신호의 세기는 지수함수적 변화를 보였다. THz 검출 특성에 사용한 LT-InGaAs Rx에는 쌍극자(5/20 ${\mu}m$) 구조의 안테나가 탑재되어 있으며, 차단 주파수는 약 2 THz이었다.
테라헤르츠(THz)파의 디컨벌루션을 통한 유리섬유 복합재 내부 결함 신호 분석 기법을 연구하였다. 결함이 존재하는 유리섬유 복합재료 시편을 제작하였고, Terahertz Time-Domain Spectroscopy (THz-TDS) 시스템의 반사모드를 통해 THz 신호를 측정하였다. 디컨벌루션을 위해 THz 입사 신호와 검출 신호의 Normalized Cross Correlation (NCC) 계산을 통해 THz 신호의 피크 위치를 증폭하였다. 증폭된 피크의 위치 및 세기를 임펄스로 추출하였고 THz 원신호에서 추출된 임펄스 위치의 신호를 제거하였다. 해당 과정을 반복함으로써 시편의 경계면을 나타내는 THz 검출 신호의 주요 임펄스를 도출하였다. 주요 임펄스와 기준 신호의 컨벌루션을 통해 노이즈가 제거된 THz 원신호의 복원이 가능한 것을 확인함으로써 디컨벌루션 과정을 검증하였다. 결과적으로 주요 임펄스들의 검출 시간을 통해 15 ㎛ 이내의 정확도로 유리섬유 복합재 내부 결함의 두께 판별이 가능하였다.
최근의 광-나노 기술의 발전에 힘입어, 테라헤르츠(THz)파 분야에 있어서 기술혁신이 이루어지고 있다. THz 시간영역 분광법, THz-QCL, 서브-THz 무선 통신, 서브-THz전기신호 처리기술 및 THz 디바이스 등 다양한 THz파 관련 연구 성과가 폭넓게 전개되고 있어, 새로운 과학기술 분야의 하나로서, 또 신규산업의 개척을 짊어지는 것으로서 크게 기대되는 기술이다. 따라서 구체적인 장래 전망을 명확히 하기 위하여 THz 기술에 관한 기술동향을 분석하였다. 본 고에서는 기술동향 분석 결과를 토대로 THz파 기술의 현황과 전망에 관하여 설명하고, 차세대 핵심기술(core-technology) 창출을 목표로, THz 전자파, THz-photonics, THz-electronics 세 가지 연구분야의 총합적인 추진을 제안하고자 한다.
전기전도도가 높은 구리선 도파로에 THz 전자기파의 결합은 THz 유선방식의 전파에 있어 테라파의 크기 및 주파수 특성을 결정짓는 중요한 요인 중의 하나이다. 본 연구에서는 직경 $480{\mu}m$, 길이 23 cm의 구리선 도파로에 테라파를 전파시켜 1 THz 주파수 범위를 가진 THz 펄스를 측정하였다. 도파로와 transmitter chip 또는 receiver chip 사이의 공극 간격을 최대 $275{\mu}m$까지 확대하여 송신부와 수신부의 결합 특성을 접촉상태와 비교 분석하였다. 실험결과 송신부의 결합민감도가 수신부보다 약 3배 이상 높게 나타났으며 수신부에서 도파로와 receiver사이의 공극을 통하여 테라파가 공기 중으로 전파됨을 알 수 있었다. 또한 구리선 도파로에 pin hole를 위치시켜 pin hole의 직경에 따른 테라파의 변화를 연구하였으며 대부분의 THz field는 구리선 표면에 분포됨을 확인할 수 있었다.
유리섬유 복합재료(GFRP) 내부 미세 박리에서 나타나는 테라헤르츠(THz) 중첩 신호의 FWHM 분석을 통한 미세 박리 검출 기술을 연구하였다. 테라헤르츠 시간영역 분광(THz-TDS) 시스템의 반사모드를 통해 유리섬유 복합재료 내부의 미세 박리 크기 별 THz 신호를 측정하였고, 미세 박리 위치에서 반사되어 검출되는 THz 중첩 신호의 Full Width Half Maximum (FWHM) 값을 추출하였다. 이후, 유리섬유 복합재료의 복소굴절률을 측정하여 미세 박리 크기에 따른 미세 박리 위치에서의 THz 중첩 신호 및 FWHM 값을 계산하여 비교하였다. 이론적으로 계산된 THz 중첩 신호로부터 미세 박리 크기와 중첩 신호에서의 FWHM 값의 상관관계를 도출하였으며, 미세 박리 위치에서의 THz 신호로부터 추출된 FWHM의 분석을 통해 미세 박리 크기를 예측할 수 있었다.
Terahertz (THz) communication has important applications in high-speed and ultra broadband wireless access networks. The THz modulator is one of the key devices in a THz communications system. Wavelength division multiplexing (WDM) can expand the capacity of THz communications systems, so research on multi wavelength THz modulators has significant value. By combining photonic-crystal and THz technology, a novel type of multi wavelength THz modulator based on a triple-lattice photonic crystal is proposed in this paper. Compared to a compound-lattice photonic crystal, a triple-lattice photonic crystal has a larger gap width of 0.196. Simulation results show that six beams of THz waves can be modulated simultaneously with high performance. This modulator's extinction ratio is as large as 34.25 dB, its insertion loss is as low as 0.147 dB, and its modulation rate is 2.35 GHz.
In this paper we presented the detection of the explosive material RDX using a parallel plate waveguide (PPWG) THz time domain spectroscopy (TDS). Normally the explosive materials have been characterized through identification of vibrational fingerprint spectra. Until now, most of all THz spectroscopic measurements have been made using pellet samples where disorder effects contribute to line broadening such that individual resonances merge into relatively broad absorption features. In order to avoid such disadvantages we used the technique of PPWG THz-TDS to achieve sensitive characterization of explosive material RDX. The PPWG THz-TDS used in this work well established ultrafast optoelectronic techniques to generate and detect sub-picosecond THz pulses. The explosive material was analyzed as powder layers in $112{\mu}m$ gap of metal PPWG. The thin later mass was estimated to be about $700{\mu}g$. Finally, we showed spectra of explosives from 0.2 to 2.4 THz measured using PPWG THz-TDS.
The paper reviews an improved continuous-wave (CW) terahertz (THz) imaging system developed for nondestructive inspection, such as CW-THz quasi-time-domain spectroscopy (QTDS) and interferometry. First, a comparison between CW and pulsed THz imaging systems is reported. The CW-THz imaging system is a simple, fast, compact, and relatively low-cost system. However, it only provides intensity data, without depth and frequency- or time-domain information. The pulsed THz imaging system yields a broader range of information, but it is expensive because of the femtosecond laser. Recently, to overcome the drawbacks of CW-THz imaging systems, many studies have been conducted, including a study on the QTDS system. In this system, an optical delay line is added to the optical arm leading to the detector. Another system studied is a CW-THz interferometric imaging system, which combines the CW-THz imaging system and far-infrared interferometer system. These systems commonly obtain depth information despite the CW-THz system. Reportedly, these systems can be successfully applied to fields where pulsed THz is used. Lastly, the applicability of these systems for nondestructive inspection was confirmed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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