회화문화재의 손상상태를 진단하기 위하여 현재까지 국내에서는 육안관찰, 적외선 촬영, X선 촬영 등이 활용되고 있으나 표면에서 확인되지 않는 하부층의 손상상태에 대한 3차원적 정보획득에는 한계점이 있었다. 본 연구에서는 최근 우리나라에서 문화재 분야에 막 응용되기 시작한 테라헤르츠 분광분석기술을 회화문화재 상태진단에 적용하는 연구를 수행하였다. 먼저 우리나라 회화문화재의 손상양상을 고려한 의사시편을 제작하고 테라헤르츠 반사펄스 이미징기술을 적용하여 채색층 하부의 바탕층 및 배접층의 손상에 대한 정보 획득을 시도하였다. 그 결과 바탕층과 배접층의 균열, 층위 간 이격, 이격의 범위와 정도에 대한 정보획득이 가능함을 확인할 수 있었다. 또한 의사시편에서 얻어진 결과를 바탕으로 실제 회화문화재인 보물 제1792호 남양주 봉선사 비로자나삼신괘불도에 대하여 테라헤르츠 이미징기술을 적용한 결과, 유물의 3차원적 손상 형태와 손상 정도에 대한 정보를 획득할 수 있었다. 이는 비파괴, 비접촉식의 테라헤르츠 이미징기술이 우리나라 회화문화재의 3차원 손상상태 진단에 활용될 수 있음을 확인시켜 주는 결과이다.
조셉슨 터널접합을 사용한 초전도 혼합기 또는 믹서(SIS mixer)와 매우 얇은 초전도박막을 이용한 초전도 혼합기(HEB mixer)는 초전도 현상에 있어서의 거시적 양자효과를 유발하는 강한 비선형성을 가지기 때문에, 종래의 전자파 검출기로는 구현이 어렵고 또한 극도로 낮은 잡음특성을 실현한다. 테라헤르츠(THz) 주파수 영역용 고감도검출기로서도 기대되는 질화니오븀(NbN) 박막을 사용한 SIS 혼합기와 HEB 혼합기의 개발현황과 연구결과에 대하여 소개하고자 한다. 그리고 최근에 많이 연구되고 있는 펨토초레이저와 고온초전도 상호작용을 이용한 테라헤르츠 연구결과도 소개한다.
헤르츠가 최초로 무선통신의 가능성을 보인 이후 인류는 수 킬로헤르츠 (kHz)의 주파수를 이용하기 시작하여 메가헤르츠 (MHz) 대역에서 라디오, 텔레비젼, 음성 통신 등의 엄청난 기술적 발전으로 문명에 기여해 왔다. 이 MHz 대역이 포화하기 시작하자 더 높은 주파수의 기술을 연구하여 개인 휴대통신, 위성통신 등에 기가헤르츠 (GHz) 대역을 활용하였다. 반면에 빛이라 불리는 매우 높은 주파수의 전자기파는 뢴트겐이 X-ray를 투시 촬영기에 이용한 이래 광통신 등이 발명되어 가시광선에서 적외선까지 더 낮은 주파수 쪽으로 발전·활용되어 왔다. 이러한 광파와 마이크로 전자기파 사이의 테라헤르츠 (THz)주파수 대역 (또는 원적외선 영역 혹은 T-ray라 불림)은 많은 잠재적인 응용분야에도 불구하고 용이한 신호원의 부재로 기초적인 연구도 미비한 상태이다 (그림1 참조). (중략)
주파수 안정성 이 우수한 밀리미터파 및 테라헤르츠파 대역 연속파(Continuous Wave: CW) 신호를 발생시키기 위하여 상관관계가 큰 서로 다른 두 파장의 광 신호를 비팅(beating) 시켜 광 혼합(photomixing) 방법에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 광 반송파가 억압된 양측 대역(Double Sideband-Suppressed Carrier: DSB-SC) 방식은 단일 파장 광 신호를 국부 발진기와 광 변조기를 이용하여 CW 변조함으로써 상관관계가 큰 서로 다른 두 파장의 광 신호를 생성하는 방법이다. 본 논문에서는 DSB-SC를 이용한 광 혼합 밀리미터파 및 테라헤르츠파 대역 CW신호 발생 방법에서 광 반송파 억압 레벨에 따른 밀리미터파 및 테라헤르츠파 대역 CW 신호의 파워 및 위상 잡음 특성을 수치적으로 분석하고 실험적으로 증명하였다. 측정 결과, 광 반송파의 억압 레벨에 따라서 밀리미터파 및 테라헤르츠파 대역 CW 신호의 파워와 위상 잡음이 각각 23.9 dB와 21 dBc/Hz(@ 1 MHz offset frequency) 개선됨을 확인하였다. DSB-SC 방법을 다룬 기존 문헌에서는 직관적으로 광 반송파 억제 레벨을 중요성을 언급하였으나, 본 논문에서는 수식 및 측정 데이터에 기반한 밀리미터파 및 테라헤르츠파 대역 CW신호의 특성 향상을 위한 광 반송파 억제 레벨의 중요성을 확인하였다. 따라서 본 논문의 결과는 광 혼합 방법을 이용한 밀리미터파 및 테라헤르츠파 대역 CW 신호 발생 연구를 위한 기본적인 데이터로서 활용 가치가 높다.
두 개의 DFB 영역과 위상조정 영역으로 구성된 다중 영역 복소 결합 DFB 레이저에서 방출되는 두 모드의 비팅에 의해서 발생하는 Self-Pulsation(SP) 동작 특성을 전산 모의 하였다. SP 주파수는 두 DFB 영역에서 발진하는 모드의 파장 차이에 의해 결정되며, 각각의 DFB 영역의 발진 모드의 파장은 회절격자 주기의 변화에 의해 달라진다. 두 DFB 영역의 회절격자의 주기 차이를 변화시킴으로써 다중 영역 DFB 레이저에서 밭생하는 SP 주파수를 매우 낮은 주파수에서 THz 영역까지 변화시킬 수 있었다. 또한 발진 모드가 다른 DFB 영역의 금지대역에 놓이지 않는 경우 발진되는 모드는 다른 DFB 영역으로 큰 반사 없이 진행하여 두 모드들 사이의 상호작용이 크게 발생하여 index-coupled 회절격자를 가지는 다중 영역 DFB 레이저와는 달리 변조 지수가 매우 큰 출력을 얻을 수 있었다.
The thermoelectric Seebeck and Peltier effects of a single walled carbon nanotube (SWCNT) quantum dot nanodevice are investigated, taking into consideration a certain value of applied tensile strain and induced ac-field with frequency in the terahertz (THz) range. This device is modeled as a SWCNT quantum dot connected to metallic leads. These two metallic leads operate as a source and a drain. In this three-terminal device, the conducting substance is the gate electrode. Another metallic gate is used to govern the electrostatics and the switching of the carbon nanotube channel. The substances at the carbon nanotube quantum dot/metal contact are controlled by the back gate. Results show that both the Seebeck and Peltier coefficients have random oscillation as a function of gate voltage in the Coulomb blockade regime for all types of SWCNT quantum dots. Also, the values of both the Seebeck and Peltier coefficients are enhanced, mainly due to the induced tensile strain. Results show that the three types of SWCNT quantum dot are good thermoelectric nanodevices for energy harvesting (Seebeck effect) and good coolers for nanoelectronic devices (Peltier effect).
Electrons and phonons in chalcogenide-based materials play are important factors in the performance of an optical data storage media and thermoelectric devices. However, the fundamental kinetics of carriers in chalcogenide materials remains controversial, and active debate continues over the mechanism responsible for carrier relaxation. In this study, we investigated ultrafast carrier dynamics in an multilayered $\{Sb(3{\AA})/Te(9{\AA})\}n$ thin film during the transition from the amorphous to the crystalline phase using optical pump terahertz probe spectroscopy (OPTP), which permits the relationship between structural phase transition and optical property transitions to be examined. Using THz-TDS, we demonstrated that optical conductance and carrier concentration change as a function of annealing temperature with a contact-free optical technique. Moreover, we observed that the topological surface state (TSS) affects the degree of enhancement of carrier lifetime, which is closely related to the degree of spin-orbit coupling (SOC). The combination of an optical technique and a proposed carrier relaxation mechanism provides a powerful tool for monitoring TSS and SOC. Consequently, the response of the amorphous phase is dominated by an electron-phonon coupling effect, while that of the crystalline structure is controlled by a Dirac surface state and SOC effects. These results are important for understanding the fundamental physics of phase change materials and for optimizing and designing materials with better performance in optoelectronic devices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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