• Current Optics and Photonics
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• 제7권2호
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• pp.119-126
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• 2023

The vibratory and rotational levels of many biological macromolecules lie in the terahertz (THz) band, which means that THz techniques can be used to identify and detect them. Moreover, since the biological activity of most biomolecules only becomes apparent in aqueous solution, we use microfluidic technology to study the biological properties of these biomolecules. THz time-domain spectroscopy was used to study the THz absorption characteristics of graphene oxide (GO) aqueous solution at different concentrations and different exposure times in fixed electric or magnetic fields. The results show that the spectral characteristics of the GO solution varied with the concentration: as the concentration increased, the THz absorption decreased. The results also show that after placing the solution in an external electric field, the absorption of THz first increased and then decreased. When the solution was placed in a magnetic field, the THz absorption increased with the increase in standing time. In this paper, these results are explained based on considerations of what is occurring at the molecular scale. The results of this study provide technical support for the further study of GO and will assist with its improved application in various fields.

• 한국광학회지
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• 제19권6호
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• pp.435-438
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• 2008

중수($D_2O$, 산화중수소)는 수소원자(H)보다 중성자 한 개가 더 많은 수소원자 동위원소(D)로 이루어진 물이다. 중수는 자연 상태의 물 가운데 5만분의 1정도 존재하며 경수($H_2O$)와 매우 비슷한 성질을 가지고 있으나 경수보다 11%정도 무겁고, 특이점은 235 K로 228 K인 경수와 약간의 차이를 가진다. 중수는 중성자를 흡수하여 원자로의 중성자 감속재로 쓰이고 최근 중수 농도에 따라 세포에 미치는 독성효과가 다르게 나타나는 현상이 발견 되어 암 치료에 사용하려는 연구가 진행되고 있다. 우리는 테라헤르츠 시간축 분광학을 이용하여 경수와 중수 혼합물의 농도별 굴절률과 흡수율 변화를 거대 분자간 결합에너지 영역을 포함하는 테라헤르츠 영역 ($0{\sim}2.5\;THz$)에서 측정하여 중수의 비율이 높을수록 굴절률은 감소하고 흡수율 또한 감소하는 결과를 얻었다.

• Current Optics and Photonics
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• 제2권1호
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• pp.90-95
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• 2018

Stimulated polariton scattering from the $B_1$-symmetry modes of a $KNbO_3$ crystal to generate a terahertz wave (THz-wave) with a noncollinear phase-matching scheme is investigated. The frequency-tuning characteristics of the THz-wave by varying the phase-matching angle and pump wavelength are analyzed. The expression for the effective parametric gain length under the noncollinear phase-matching condition is deduced. Parametric gain and absorption characteristics of the THz-wave in $KNbO_3$ are theoretically simulated. The characteristics of $KNbO_3$ for a terahertz parametric oscillator (TPO) are compared to those of $MgO:LiNbO_3$. The analysis indicates that $KNbO_3$ is an excellent optical crystal for a TPO, to enhance the THz-wave output.

• Current Optics and Photonics
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• 제2권3호
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• pp.261-268
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• 2018

Stimulated polariton scattering (SPS) from the $A_1$ transverse optical (TO) modes of $BaTiO_3$ bulk crystal generating a terahertz (THz) wave with the noncollinear phase-matching (NPM) condition is theoretically investigated. To our best knowledge, this is the first report on THz wave generation from $BaTiO_3$ bulk crystal via SPS. Phase-matching (PM) characteristics in the NPM configuration are analyzed. Effective parametric gain lengths for the Stokes and THz waves in the NPM configuration are calculated. The effective parametric gain coefficient and absorption coefficient of the THz wave in $BaTiO_3$ are theoretically simulated. The THz phonon flux densities generated via SPS in $BaTiO_3$ are theoretically calculated by solving the coupled wave equations under the NPM condition. The PM characteristics and THz-wave parametric gain characteristics in $BaTiO_3$ are compared to those in $MgO:LiNbO_3$. The results of the analysis indicate that $BaTiO_3$ is an attractive optical crystal for efficient THz wave generation via SPS.

• 한국광학회지
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• 제25권2호
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• pp.72-77
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• 2014

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.

• 한국광학회지
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• 제31권1호
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• pp.31-36
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• 2020

본 논문에서는 온도 변화에 따라 절연체-금속 상전이 특성을 보이는 이산화바나듐(VO₂)를 식각한 도선과 금속 도선을 조합한 밴드-전환형 테라헤르츠 메타물질을 제시하였다. 갭을 가지는 금속 사각 구조 가운데 식각된 VO₂ 도선을 위치시킨 구조와 VO₂ 상전이 특성을 이용하여 제안된 메타물질의 가변성을 확보하였다. 설계한 VO₂ 기반 메타물질은 VO₂의 절연체-금속 상전이 특성에 따라 공진 주파수가 1.4 THz에서 0.7 THz으로 전환되었다. 이때, 제안한 메타물질의 절대 투과율은 0.7 THz와 1.4 THz에서 각각 78.5%와 65.8%로 높은 변화율을 가지고, 전환이 가능한 두 공진 주파수 중간 대역에서 40%와 60% 사이의 안정적인 투과율을 보이면서 균일하게 90도의 높은 차등 위상 변위 특성을 보였다.

• 한국광학회지
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• 제28권2호
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• pp.59-67
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• 2017

본 논문에서는 높은 품질 인자를 가지는 비대칭 분리고리공진기(ASLR: Asymmetric Split-Loop Resonator) 외곽에 사각 고리를 추가하여 ASLR의 높은 품질 인자 특성은 유지하면서 ASLR의 테라헤르츠파 투과 특성을 능동 제어 가능한 외곽 사각 고리 추가형 ASLR (ASLR-OSL: ASLR with Outer Square Loop)을 제시하였다. 추가된 외곽 사각 고리는 ASLR과 조합되어 메타물질 공진기 역할과 직접적인 전압 인가를 통하여 온도를 조절할 수 있는 마이크로 히터 역할을 동시에 수행하면서, ASLR-OSR이 ASLR의 품질 인자 특성과 유사한 품질 인자 특성을 유지할 수 있도록 설계하였다. ASLR-OSL의 테라헤르츠파 투과 특성을 능동 제어하기 위하여 온도 변화에 따라 절연체-금속 상전이 특성을 가지는 이산화바나듐 ($VO_2$) 박막을 사용하였고, 설계한 ASLR-OSL의 외곽 사각 고리에 직접적인 전압 인가를 통하여 $VO_2$의 특성을 조절하여 테라헤르츠파 투과 특성의 능동 제어가 가능하도록 하였다. 본 논문에서 제안한 높은 품질 인자를 가지는 메타물질에 간단한 외곽 사각 고리를 추가하여 구성한 능동형 고품질 메타물질 구조는 메타물질의 높은 품질 인자는 유지하면서 테라헤르츠파 투과 특성의 전기적 능동 제어를 가능하게 하여 다양한 형태의 테라헤르츠 능동형 메타물질 소자로 응용될 수 있을 것으로 기대한다.

• Current Optics and Photonics
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• 제3권6호
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• pp.566-570
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• 2019

To investigate dependence of the sensitivity of THz metamaterials on the position of target dielectric materials, we functionalized the metamaterial gap with an adhesive polymer. A shift in resonance frequency occurs when polystyrene microbeads are deposited in the gap of the metamaterial's metal resonator pattern, while little change is observed when they are deposited on other areas of the metasurface. A two-dimensional mapping of the sensitivity, with a grid size of 1 ㎛, is obtained from a finite-difference time-domain simulation: The frequency shift is displayed as a function of the position of a target dielectric cube. The resulting sensitivity distribution clearly reveals the crucial role of the gap in sensing with metamaterials, which is consistent with the electric field distribution near the gap.

• Current Optics and Photonics
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• 제1권6호
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• pp.637-641
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• 2017

We present dielectric constant measurements of thin films using THz metamaterials fabricated on a quartz substrate. The resonance shifts of the metamaterials exhibit saturation behavior with increasing film thickness. The saturation frequency shift varies with the real part of the dielectric constant, from which the numerical expression for the particular metamaterial design was extracted. We first performed finite-difference time-domain simulations to find an explicit relationship between the saturated frequency shift and the dielectric constant of a thin film, which was confirmed by the experimental results from conventional techniques. In particular, the quartz substrate enables us to determine their values more accurately, because of its low substrate index. As a result, we extracted the dielectric constants of various films whose values have not been addressed previously without precise control of the film thickness.

• Current Optics and Photonics
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• 제2권4호
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• pp.378-382
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• 2018

In most previous investigations of plasmonic and metamaterial applications, the metallic film has been regarded as a perfect electrical conductor. Here we demonstrate the resonance characteristics of THz metamaterials fabricated from metal film that has a finite dielectric constant, using finite-difference time-domain simulations. We found strong redshift and spectral broadening of the resonance as we decrease the metal's plasma frequency in the Drude free-electron model. The frequency shift can be attributed to the effective thinning of the metal film, originating from the increase in penetration depth as the plasma frequency decreases. On the contrary, only peak broadening occurs with an increase in the scattering rate. The metal-thickness dependence confirms that the redshift and spectral broadening occur when the effective metal thickness drops below the skin-depth limit. The electromagnetic field distribution illustrates the reduced field enhancement and reduced funneling effects near the gap area in the case of low plasma frequency, which is associated with reduced charge density in the metal film.