[논문]THz 분광/이미징의 현황

진경환; 예종철

THz 분광/이미징의 현황 원문보기

電磁波技術 : 韓國電磁波學會誌 = The Proceedings of the Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.21 no.4 = no.80, 2010년, pp.33 - 42

진경환 (한국과학기술원 바이오 및 뇌공학과) , 예종철 (한국과학기술원)

초록이 없습니다.

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

우리는 테 라헤르츠를 이용한 분광과 이미징 시스템들에 대해서 살펴보았다. 분광이나 이미징 분야의 경우, 다양한 시스템이 구성되어 있고, 이들을 이용한 테라헤르츠 영상들은 생체 샘플이나 화학 물질 등의 분석에서 의미있는 결과를 보였다.

제안 방법

이를 측정하려는 물체의 전이 함수(transfer fonction) 추정을 통해 알려지지 않은 물체의 측정 펄스파에서 Fabry perot 현상을 제거할 수 있다'科. Fabry perot이 제거된 파형에서 굴절률과 흡수 계수 등의 광학상수들을 최적화 과정을 통해 물질의 본질에 가깝게 측정해 낸다. 이와 마찬가지로 Fabry perot 현상 자체를 고려하여 광학상수를 구하기도 한다旳.
Methamphetamine(각성제), MDMA(마약), 아스피린세 가지 물질에 대해서 공간적으로 분리하는 분광 영상을 구현하였는 더】, 세 가지 물질이 terahertz 스펙트럼 상에서 각각 상이한 스펙트럼을 가짐으로써 이들을 분리한다. 스펙프럼 영역에서의 특수한 finger- print에 의해서 3가지 약물은 각 종류별로 구분됨을 보였다.
키르히호프 이동 방식의 경우, 송신 안테나를 고정된 한 곳에 위치시키고, 이를 중심으로 대칭으로 디텍터를 많은 수를 위치시킨다. 그리고 한 사이클의 주기를 가지는 펄스를 조사하여 반사되는 펄스를 시간에 따라 측정한다. 수집되는 펄스는 포물면(식 (4))의 모양대로 시간이 지연되어 측정된다.
물체를 영상화한다. 대표적으로 지질 연구가이에 속하는데, 이때 키르히호프 이동(Kirchhoff migra. tion)이라는 복원 방식을 사용하여 찾고자 하는 물체의 위치를 찾아낸다问 이 방식을 테라헤르츠 펄스를 이용하여 시스템을 구성하였다([그림 4]). 키르히호프 이동 방식의 경우, 송신 안테나를 고정된 한 곳에 위치시키고, 이를 중심으로 대칭으로 디텍터를 많은 수를 위치시킨다.
주로 서술되었다. 위의 방식들은 테라헤르츠파 형을 측정할 때 일정 간격(등간격)의 거리에 측정부를 위치하여 파형을 측정하였다. 하지만 무작위적인 위치에서의 파형을 측정하면, 측정된 파형의 수가 적어도 기존의 방식으로 복원한 영상 결과와 큰 차이를 보이지 않는 결과를 도출할 수 있다.
경우도 있다㈣. 이 논문에서는 -33 ℃의 온도에서 돼지 슬라이스 조직을 영상화하였다. 슬라이스에는 지방 조직과 근육 조직, 두 종류가 섞여 있는 부분 등의 다양한 조직이 분포해 있었고, 이를 테 라헤르츠 펄스 이미징을 통해서 특정 주파수(1 THz)에서의 흡수 분포와 각 위치에서의 시간 도메인 피크의 크기 분포도 영상화 할 수 있었다.
36〕. 이 논문에서는 basal cell carcinoma를 반사형 THz-TDS를 통해 이미징하였고, 측정 방법은 펄스의 변형되는 정도(TPP; Time Post Pulse)로 암 조직의 유무를 판단하였다. 21개의 표본에 대해서 테라헤르츠이미징을 하였는데, 21개 모두 실제 암 조직의 유무와 테라헤르츠에서 판단한 암 조직의 예상 유무가 일치하였다.
抑] 이와 함께 초점 위치에 있는 샘플을 기계적으로 스캐닝(raster scanning)을 통해 영상화를 해야 되므로, lock-in amp를 사용하여 SNR을 높여도 측정 시간의 최소 소요 시간을 줄이지는 못하였다. 하지 만 새로 제안된 연구에서 기존의 TDS 방식을이용는 동시에, 2D의 기계적인 스캐닝하는 대신 라돈변환을 이용하여 raster scanning없이 하나의 파형(waveform) 에서 한 개의 각도에 대한 투영(projection) 이미지를 얻음으로써 영상화하는 시간을 단축하였다成

대상 데이터

실제 실험 시스템 [그림 3]에서는 많은 수의 샘플 수를 얻음으로써 복원율을 높일 수 있었는데, 이는 샘플을 회전시킴으로써 디텍터의 위치를 바꾸는 효과로 인해 가능했다何. 실제 실험 장치에서는 0도 부 터 10도의 간격으로 180도까지 샘플을 회전시켰고, 디텍터를 4개 사용하여 6개의 조합수를 만들었으므로, 총 측정된 2D 계수는 108개에 달하였다.

성능/효과

이 논문에서는 basal cell carcinoma를 반사형 THz-TDS를 통해 이미징하였고, 측정 방법은 펄스의 변형되는 정도(TPP; Time Post Pulse)로 암 조직의 유무를 판단하였다. 21개의 표본에 대해서 테라헤르츠이미징을 하였는데, 21개 모두 실제 암 조직의 유무와 테라헤르츠에서 판단한 암 조직의 예상 유무가 일치하였다.
이 논문에서는 -33 ℃의 온도에서 돼지 슬라이스 조직을 영상화하였다. 슬라이스에는 지방 조직과 근육 조직, 두 종류가 섞여 있는 부분 등의 다양한 조직이 분포해 있었고, 이를 테 라헤르츠 펄스 이미징을 통해서 특정 주파수(1 THz)에서의 흡수 분포와 각 위치에서의 시간 도메인 피크의 크기 분포도 영상화 할 수 있었다.

참고문헌 (37)

X. C. Zhang, B. Ferguson, "Materials for terahertz science and technology", Nature Materials, vol. 1, pp. 26-33, Sep. 2002.

상세보기
Christian Jansen et al., "Terahertz imaging: applications and perspectives", Applied Optics, vol. 49, no. 19, pp. 48-57, Jul. 2010.

상세보기
B. B. Hu, M. C. Nuss, "Imaging with terahertz waves", Optics Letters, vol. 20, pp. 1716-1718, Aug. 1995.

상세보기
M. Tonouchi, "Cutting-edge terahertz technology", Nature Photonics, vol. 1, no. 2, pp. 97-105, Feb. 2007.

상세보기
최용석, 김창주, "테라헤르츠 (THz) 파 기술 동향",한국전자파학회지, 19(4), pp. 89-96, 2008년 7월.

상세보기
K. Su et al., "Two-dimensional interferometric and synthetic aperture imaging with a hybrid terahertz/ millimeter wave system", Applied Optics, vol. 49, no. 19, pp. 13-19, Jul. 2010.

상세보기
A. Bandyopadhyay et al., "Terahertz interferometric and synthetic aperture imaging", Journal of the Optical Society of America A, vol. 23, no. 5, pp. 1168-1178, May. 2006.

상세보기
S. Hunsche et al., "THz near-field imaging", Optics Communications, vol. 150, pp. 22-26, May. 1998.

상세보기
T. D. Dorney et al., "Terahertz reflection imaging using Kirchhoff migration", Optics Letters, vol. 26, no. 19, pp. 1513-1515, Oct. 2001.

상세보기
K. H. Jin et al., "Compressed sensing pulse-echo mode terahertz reflectance tomography", Optics Letters, vol. 34, no. 24, pp. 3863-3865, Dec. 2009.

상세보기
W. L. Chen et al., "A single-pixel terahertz imaging system based on compressed sensing", Applied Physics Letters, vol. 93, p. 121105, 2008.

상세보기
M. F. Duarte et al., "Single-pixel imaging via compressive sampling", IEEE Signal Processing Magazine, vol. 25, no. 2, pp. 83-91, Mar. 2008.

상세보기
K. Lee et al., "Coherent optical computing for T-ray imaging", Optics Letters, vol. 35, no. 4, pp. 508-510, Feb. 2010.

상세보기
R. M. Woodward, "Terahertz pulsed imaging of skin cancer in the time and frequency domain", Journal of Biological Physics, vol. 29, no. 2, pp. 257-261, 2003.

상세보기
K. Fukunaga et al., "Terahertz spectroscopy for art conservation", IEICE Electronics Express, vol. 4, no. 8, pp. 258-263, Apr. 2007.

상세보기
A. J. L. Adam et al., "Terahertz imaging of hidden paint layers on canvas", Optics Express, vol. 17, no. 5, pp. 3407-3416, Mar. 2009.

상세보기
N. Karpowicz et al., "Comparison between pulsed terahertz time-domain imaging and continuous wave terahertz imaging", Semiconductor Science and Technology, vol. 20, pp. 293-299, Jun. 2005.

상세보기
D. M. Mittleman et al., "T-ray tomography", Optics Letters, vol. 22, no. 12, pp. 904-906, Jun. 1997.

상세보기
J. W. Goodman, Statistical Optics, Wiley-Interscience, vol. 20, pp. 207-222, 1985.
K. Ishihara et al., "Terahertz-wave near-field imaging with subwavelength resolution using surfacewave- assisted bow-tie aperture", Applied Physics Letters, vol. 89, pp. 201120-1-201120-3, Nov. 2006.

상세보기
H. T. Chen et al., "Terahertz imaging with nanometer resolution", Applied Physics Letters, vol. 83, no. 15, pp. 3009-3011, Oct. 2003.

상세보기
K. McClatchey et al., "Time resolved synthetic aperture terahertz impulse imaging", Applied Physics Letters, vol. 79, pp. 4485-4487, Dec. 2001.

상세보기
E. Hecht, Optics 4th ed, Addison-Wesley, chapter 10, 2010.
A. B. Ruffin et al., "Time reversal terahertz imaging", IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 38, no. 8, pp. 1110-1119, Aug. 2002.

상세보기
E. J. Candes et al., "Robust uncertainty principles: Exact signal reconstruction from highly incomplete frequency information", IEEE Transactions on Information Theory, vol. 52, no. 2, pp. 489-509, Feb. 2006.

상세보기
H. Hoshina et al., "Terahertz pulsed imaging of frozen biological tissues", Applied Physics Letters, vol. 94, p. 123901, Mar. 2009.

상세보기
O. Morikawa et al., "Sub-THz spectroscopic system using a multimode laser diode and photoconductive antenna", Applied Physics Letters, vol. 75, pp. 3772-3774, Dec. 1999.

상세보기
S. Matsuura et al., "High-resolution terahertz spectroscopy by a compact radiation source based on photomixing with diode lasers in a photoconductive antenna", Journal of Molecular Spectroscopy, vol. 187, no. 1, pp. 97-101, 1998.

상세보기
D. S. Yee et al., "Fourier-transform terahertz spectroscopy using terahertz frequency comb", OSA/CLEO/IQEC, 2009.
A. Schliesser et al., "Frequency-comb infrared spectrometer for rapid, remote chemical sensing", Optics Express, vol. 13, no. 22, pp. 9029-9038, 2005.

상세보기
B. Ferguson, D. Abbott, "De-noising techniques for terahertz responses of biological samples", Microelectronics Journal, vol. 32, no. 12, pp. 943-953, 2001.

상세보기
Y. Chen et al., "Frequency-wavelet domain deconvolution for terahertz reflection imaging and spectroscopy", Optics Express, vol. 18, pp. 1177-1190, 2010.

상세보기
S. G. Mallat, A Wavelet Tour of Signal Processing, Academic Pr, chapter 10, 1999.
W. Withayachumnankul et al., "Direct Fabry-Perot effect removal", Fluct. Noise Lett, vol. 6, no. 2, pp. 227-239, 2006.

상세보기
L. Duvillaret et al., "A reliable method for extraction of material parameters in terahertz timedomain spectroscopy", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 2, no. 3, pp. 739-746, Sep. 1996.

상세보기
R. M. Woodward et al., "Terahertz pulse imaging of ex vivo basal cell carcinoma", Journal of Investigative Dermatology, vol. 120, no. 1, pp. 72-78, Feb. 2003.

상세보기
K. Kawase et al., "Non-destructive terahertz imaging of illicit drugs using spectral fingerprints", Optics Express, vol. 11, no. 20, pp. 2549-2554, Oct. 2003.

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증