테라헤르츠 레이다를 이용하여 알루미늄 거울 및 도체와 부도체로 이루어진 각각의 물질에 대한 테라헤르츠 전자기 펄스의 반사특성을 측정하였다. 알루미늄 거울로부터 반사된 테라헤르츠 펄스의 크기변화를 측정하기 위하여 최고 9회까지 테라파를 반사시켜 펄스의 크기에 대한 변화가 없음을 확인하였다. 또한 알루미늄 거울의 반사각도에 대한 테라파의 영향을 측정하였다 알루미늄 거울에 대한 반사파를 reference로 하여 알루미늄 board, 순수실리콘, quartz, 그리고 LDPE 에 대한 테라파의 반사를 측정하여 각각의 물질에 대한 테라헤르츠 영역의 반사계수와 굴절률을 측정하였다. 이러한 측정법은 sample의 두께에 무관한 비접촉 테라헤르츠 분석법의 적용이라할 수 있다.
펨토초 레이저로 여기 되는 transmitter chip에 DC 전압을 최소 573171서 최대 90Vell가지 변화시켜 테라헤르츠 전자기 펄스의 크기와 스펙트럼의 변화를 관찰하였다 전압이 증가괼수록 상대적 스펙트럼의 크기가 고주파 쪽으로 증가되었고 신호 대 잡음비 역시 250:1에서 10,000:1로 개선할 수 있었다 이를 이용한 테라헤르츠 시스템의 재정렬로 테라헤르츠 스펙트럼 을 최대 4 THz 가지 확장 할 수 있었다 또한 dipole 안테나를 이용한 테라헤르츠 전자기 펄스의 검출에서 입사되는 detection 레이저빔이 silicon on sapphire (SOS) receiver chip 뒤 표면에 반사되어 dipole 안테나로 입사될 때 두 개의 테라 헤르츠 펄스가 일정한 시간간격을 두고 동시에 발생됨을 알 수 있었다.
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.
Using THz time-domain spectroscopy (THz-TDS), the power absorption, the index of refraction, and the real conductivity of silica sand are measured from 0.1[Thz] to 0.5[Thz] frequency range. It is impossible to measure the characterization of the silica sand by simple electrical measurements using mechanical contacts, e.g., Hall effect or four-point probe measurements. However, the THz-TDS technique can measure not only electrical but also optical characterization of he sample. Also this technique can measure frequency dependent results. Especially, the real conductivity was increased according to THz frequency. This is unusual material compare with metal and semiconductor materials; the measured real conductivity are not followed by the simple Drude theory.
Journal of electromagnetic engineering and science
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제11권1호
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pp.42-50
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2011
One of the important applications of THz time-domain spectroscopy (TDS) is the detection of explosive materials through identification of vibrational fingerprint spectra. Most recent THz spectroscopic measurements have been made using pellet samples, where disorder effects contribute to line broadening, which results in the merging of individual resonances into relatively broad absorption features. To address this issue, we used the technique of parallel plate waveguide (PPWG) THz-TDS to achieve sensitive characterization of three explosive materials: TNT, RDX, and HMX. The measurement method for PPWG THz-TDS used well-established ultrafast optoelectronic techniques to generate and detect sub-picosecond THz pulses. All materials were characterized as powder layers in 112 ${\mu}m$ gaps in metal PPWG. To illustrate the PPWG THz-TDS method, we described our measurement by comparing the vibrational spectra of the materials, TNT, RDX, and HMX, applied as thin powder layers to a PPWG, or in conventional sample cell form, where all materials were placed in Teflon sample cells. The thin layer mass was estimated to be about 700 ${\mu}g$, whereas the mass in the sample cell was ~100 mg. In a laboratory environment, the absorption coefficient of an explosive material is essentially based on the mass of the material, which is given as: ${\alpha}({\omega})=[ln(I_R({\omega})/I_S({\omega}))]m$. In this paper, we show spectra of 3 different explosives from 0.2 to 2.4 THz measured using the PPWG THz-TDS.
Terahertz wave is a kind of electromagnetic radiation whose frequency lies in 0.1THz $\~$10THz range. In this paper, generation and detection characteristics of terahertz (THz) radiation by photoconductive antenna (PCA) method has been described. Using modern integrated circuit techniques, micron-sized dipole antenna has been fabricated on a low-temperature grown GaAs (LT-GaAs) wafer. A mode-locked Ti:Sapphire femtosecond laser beam is guided and focused onto photoconductive antennas (emitter and detector) to generate and measure THz pulses. Ultra-wide band THz radiation with frequencies between 0.1 THz and 3 THz was observed. Terahertz field amplitude variation with antenna bias voltage, pump laser power, pump laser wavelength and probe laser power was investigated. As a primary application example. a live clover leaf was imaged with the terahertz radiation.
본 연구는 테라헤르츠 시간영역 분광법 (THz time-domain spectroscopy : THz-TDS)을 이용하여 광학 및 전기 전자 재료로 널리 사용되는 이산화규소의 흡수율과 도전율을 각각 테라헤르츠 주파수 영역에서 측정하였다. 입자 형태로 구성된 이산화규소의 재료는 기존의 접촉식인 Hall 측정이나 4-point probe 측정으로는 그 전기적 특성 분석이 불가능하지만, THz-TDS 방법은 비접촉식 방법으로 전기적 특성뿐만 아니라 광학적 특성 분석도 가능하다. 또한 기존의 전기적 폭정 장치는 DC 영역에서만 가능하지만, 본 방법은 테라헤르츠 주파수 영역에 따른 그 특성을 분석 할 수 있다. 특히 도전율은 금속 및 반도체와 달리 테라헤르츠 주파수가 증가함에 따라 증가하였는데, 이러한 결과는 Drude 이론을 따르지 않음을 확인하였다.
테라헤르츠 전자기파 펄스(테라파)의 변조를 통하여 주파수별 영상을 얻었다. 갈바노미터를 이용한 고속훑기방법으로 시간축 신호를 실시간으로 획득하였고, 이를 fast Fourier transformation을 통하여 주파수별 신호로 변환하였다. 테라파 접속지점에서 파의 공간 분포를 주파수별로 얻었으며 주파수가 증가할수록 집속직경이 축소됨을 확인하였다. 이 접속지점에서 1차원과 2차원 시료를 이동시킴으로써 각각의 주파수별 영상을 얻었고 주파수가 증가할수록 영상의 해상도가 증가함을 확인하였다. 또한 가려진 시료에 테라파를 투과시킴으로써 비파괴영상을 얻었다.
본 논문에서는 전자 소자 기반의 상용 오실로스코프에 의한 기존의 펄스 신호 측정 방법의 주파수 한계를 극복하기 위하여 전기광학 기반의 측정 방법을 기술하였다. 펄스폭 0.1 ps의 펨토초 레이저와 광다이오드를 사용하여 20 GHz 주파수 범위에 대응되는 전자기 펄스를 발생시키고, 마이크로스트립 선로를 통해 전송되는 전자기 펄스를 검출하기 위하여 전기광학 샘플링 기법을 이용하였다. 마이크로스트립 선로 위의 매우 근접한 거리에서 광학 결정 프로브를 이용하여 비접촉식으로 펄스 신호를 검출하고, 선로의 출력단 펄스 신호를 기존의 오실로스코프로 측정하여 두 측정 결과를 서로 비교하였다.
$12{\mu}{\textrm}{m}$ 길이, $5{\mu}{\textrm}{m}$ gap의 dipole 안테나에 입사되는 펨토초 레이저의 위치에 따른 테라헤르트 전자기 펄스의 크기를 관찰하였다. 비록 11volt의 작은 전압을 인가 시켰음에도 불구하고 테라헤르츠 전자기 펄스가 최대 4.7nA의 전류로 발생되었는데 이는 dipole 안테나 구조가 아닌 두 전송라인(transmission line)의 간격이 $300{\mu}{\textrm}{m}$ 떨어진 구조의 송신기(transmitter chip)에 비해 6배 작은 전압을 인가하여 3.4배 더 큰 전류가 발생됨을 알 수 있었다. 또한 팸토초 레이저로 여기 되는 dipole 안테나 구조의 송신기에 구형 교류전압을 최소 0.11volt에서 최대 10volt까지 변화시켜 테라헤르트 전자기 펄스의 최대값 크기에 따른 이진신호를 발생시켰다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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