초록 ▼

테라헤르츠 전자기파는 스펙트럼 분포 상 광파와 마이크로파의 중간에 존재하여 직진성과 투과성을 모두 지니고 있다. 따라서 이를 이용하면 기존에 사용한던 NMR이나 X-ray를 대체할 새로운 이미징 시스템의 개발이 가능하다. 또한 테라파가 다양한 화학물질들의 rotation에너지에 직접적인 영향을 끼치므로 이 주파수 대역대의 화학반응에서 일어나는 다양한 변화 및 현상을 실시간으로 분석할 수 있다. 이러한 두가지 장점에 착안하여 이를 이용한 새로운 개념의 테라파 이미징 시스템을 구현하고자 한다.
주관 연구과제(제 1과제)는 테라파

테라헤르츠 전자기파는 스펙트럼 분포 상 광파와 마이크로파의 중간에 존재하여 직진성과 투과성을 모두 지니고 있다. 따라서 이를 이용하면 기존에 사용한던 NMR이나 X-ray를 대체할 새로운 이미징 시스템의 개발이 가능하다. 또한 테라파가 다양한 화학물질들의 rotation에너지에 직접적인 영향을 끼치므로 이 주파수 대역대의 화학반응에서 일어나는 다양한 변화 및 현상을 실시간으로 분석할 수 있다. 이러한 두가지 장점에 착안하여 이를 이용한 새로운 개념의 테라파 이미징 시스템을 구현하고자 한다.
주관 연구과제(제 1과제)는 테라파 이미징 시스템의 기본요소인 테라파를 펨토초 레이저를 이용하여 발생시키고 이의 전파특성을 연구하여, 제 2공동과제에서 개발한 신호처리 모듈과 결합하여 실시간 이미징 시스템을 개발한다.
제 2공동과제는 테라파가 물질을 통과한 후 변형된 free induction decay(이하 FID) 신호를 신호처리 기술을 이용하여 분석하고, 이를 이미지로 나타내는 신호처리 시스템을 구현하는 것이다.
제 3공동과제는 테라파 이미징을 통한 화학적 분석의 풍부한 data 축적과 실제적인 응용을 목표로 한다. 이를 위해 테라파를 통한 화학적 분석의 기초 물성을 정리한다. 또한 이를 이용하여 산업발전의 가능성을 제시한다.
1차년도에는 펨토초 레이저와 photoconductive 안테나를 이용하여 테라파를 발생시켰으며, 이를 가지고 탄소나노튜브의 기초물질인 graphite 및 전자회로의 박막으로 사용되는 Kaptone 필름의 특성을 알아보았다.
2차년도에는 먼저 테라파 이미징을 위한 테라파의 기본적인 자유공간 전파특성에 대해 연구를 하여 그 기본적인 특성을 파악하였고, FD-TD algorithm을 이용하여 IR-lens와 테라파 안테나와의 상관관계를 시뮬레이션을 통하여 알아보았다. 그리고, 화학물질의 분석 물질로는 탄소나노튜브를 대상으로 하여 random하게 섞인 singlewalled 나노튜브와 multiwalled 나노튜브의 absorption 및 전도도 특성을 하악하여 탄소나노튜브의 전도특성이 drude model을 따르지 않는다는 것을 보였다. 또한 기체의 특성을 알아보기 위하여 수분에 따른 타라파의 amplitude 변화 및 주파수 특성 변화를 보였다. 이러한 화학물질의 특성연구를 위해 테라파 안테나의 전기적 광학적 변화에 따른 테라파 스펙트럼 변화 특성을 연구하였다. 그리고, 기초적인 이미징연구를 하여 글자의 표현 재질에 따른 테라파 이미징의 차이를 보였고, 비접촉 검사에의 응용을 위한 tomography와 관련된 기초 연구를 하여 이 결과를 신호처리 과정을 이용해 향상된 결과를 보였다.
3차년도에는 이미징의 실용화 가능성 여부를 검토하기 위해 fast scanning을 이용해 이미지 data를 획득하였다. 그리고, 해상도를 높이기 위해 intensity 비교를 통한 이미지와 비선형 algorithm을 이용한 주파수 선택 방법을 이용해 실시간으로 얻는 데이터를 비교하여 주파수 선택방법에 더 좋은 해상도를 가짐을 보였다. 화학물질의 분석으로는 anisotropic된 탄소나노튜브의 물성을 측정하여 테라파 주파수 대역대에서 drude model과 일치하지 않음을 보였다. 그리고 그 해석을 위해 Maxwell-Garnett model을 이용해 시뮬레이션 분석을 하여 탄소나노튜브가 테라헤르츠 영역대에서 어떠한 특성을 보일지에 대해 예측해보았다. 그리고 ppv라는 폴리머의 전도특성 및 흡수율을 측정하여 doping 농도에 따른 변화량을 측정하였다.

Abstract ▼

Terahertz electromagnetic wave exists between the visible light and microwaves in the spectrum region, so that it has a good directivity and transparency. Using these properties we can develop a new imaging system to investigate the inside of materials. We can also analyze various changes and phenom

Terahertz electromagnetic wave exists between the visible light and microwaves in the spectrum region, so that it has a good directivity and transparency. Using these properties we can develop a new imaging system to investigate the inside of materials. We can also analyze various changes and phenomena in chemicals in this frequency region in real time because rotational and vibrational energies reside in this frequency range. Using thess new systems, we will investigate various materials and chemicals.
The 1 st research group develops a terahertz spectroscopic system using femtosecond lasers and studies propagation characteristics the terahertz electromagnetic pulses. And then it is further developed to a real time imaging system combining with the signal processing module studied by the 2nd research group. The 2nd research group embodies a new signal imaging processing system that analyze free induction decay (FID) signal by signal processing techniques after terahertz electromagnetic pulses pass through the materials. The 3rd research group works on the analyses of various chemicals and materials, and many applications using terehertz imaging.
In the first year, we generated terahertz pulses using femtosecond lasers and photoconductive antenna, and measured characteristics of graphite which is a base material of carbon nanotubes and Kaptone films which are used as insulating layers of electronic circuits.
In the second year, we studied the characteristics of terahertz pulses propagation for the terahertz imaging system and correlation between the IR―lens and antenna through simulation using FD―TD algorithm. We chose the carbon nanotubes as a chemical material and measured the absorption and conductivity of singlewalled and multiwalled carbon nanotubes. That did not follow simple Drude theory. For studying of gaseous materials, we observed changes of amplitude and frequency characteristics of terahertz electromagnetic pulses in the water vapors. Also we studied the terahertz spectrum properties by changing electronic and optic properties. And, we demonstrated the terahertz 2D imaging and tomograpy.
In the third year, we acquired fast scanning 2D images for apllications of terahertz imaging system. And we observed that frequency selection imaging has better resolution than intensity imaging. We studied the characteristics of the anisotropic aligned carbon nanotube films and compared the measurement with the Maxwell―Garnett model. We measured the index of refraction and power apsortion of ppv polymer film and then observe changes of condcutitity with changing doping density.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문 ...3
• 1. 국문요약문 ...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문 ...4
• 1. 국문요약문 ...4
• 2. 영문요약문 ...5
• Ⅲ. 연구내용 ...6
• 1. 서론 ...6
• 2. 연구방법 및 이론 ...10
• 3. 연구결과...23
• 4. 결론 ...64
• 5. 인용문헌 ...66