KR101644799B1 - Terahertz Parallel-Plate Waveguide Sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 테라헤르츠파 평행 도파관 센서에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 테라헤르츠파를 이용하여 미량 물질 및 박막 측정을 하는 테라헤르츠파 평행 도파관 센서에 관한 것이다. The present invention relates to a terahertz wave parallel waveguide sensor. And more particularly, to a terahertz wave parallel waveguide sensor using a terahertz wave to measure a minute substance and a thin film.
테라헤르츠파(Terahertz wave)는 마이크로파(micro-wave)와 광파(light wave)의 중간 영역에 위치하는 근적외선 영역의 전자기파이다. 테라헤르츠파는 0.1 ~ 10㎔ 정도의 주파수를 가지고 있으며, 파장으로는 0.03 ~ 3㎜, 에너지로는 0.4 ~ 40meV를 갖는다. 이와 같은 테라헤르츠파는 발생과 검출의 기술적인 한계로 전자기파의 영역 중 유일하게 미지의 영역으로 남아 연구가 되지 않았다. 그러나 테라헤르츠파의 광원인 펨토초 레이저가 개발됨에 따라 발생과 검출이 가능해지고, 최근에는 전 세계적으로 테라헤르츠파 대역에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.The Terahertz wave is an electromagnetic wave in the near-infrared region located between the micro-wave and the light wave. The terahertz wave has a frequency of about 0.1 to 10 kV and has a wavelength of 0.03 to 3 mm and an energy of 0.4 to 40 meV. This terahertz wave is the only unknown region of the electromagnetic wave due to technical limitations of generation and detection, and has not been studied. However, as the femtosecond laser, which is a light source of terahertz wave, has been developed, generation and detection have become possible, and in recent years, studies on the terahertz wave band have been actively conducted worldwide.
테라헤르츠파 대역은 마이크로파와 광파 대역의 중간에 위치하고 있어, 빛의 직진성과 전자기파의 투과성을 모두 가지고 있으며, 마이크로파나 광파가 투과할 수 없는 물질을 쉽게 투과하고 수분에 잘 흡수되는 특성을 가지고 있다. 이에 테라헤르츠파는 의학, 의공학, 생화학, 식품공학, 공해감시 및 보안검색 등 다양한 산업에 적용되고 있으며, 그 중요성도 증대되고 있다. 또한, 나노기술, 정보기술, 생명기술, 환경기술, 우주기술 및 군사기술 등 다양한 응용기술에의 적용을 위하여 테라헤르츠파 도파관, 필터, 공진기 등과 같은 수동소자의 개발이 요구된다. The terahertz wave band is located midway between the microwave and the light wave band. It has both the linearity of the light and the permeability of the electromagnetic wave. It has the property that it easily permeates the substance which can not transmit microwave or light wave and absorbs it in the moisture. Terahertz waves are being applied to various industries such as medicine, biology, biochemistry, food engineering, pollution monitoring and security search, and their importance is also increasing. In addition, development of passive devices such as terahertz wave waveguide, filter, and resonator is required for application to various application technologies such as nanotechnology, information technology, life technology, environmental technology, space technology and military technology.
특히, 도파관(waveguide)의 경우 집적회로의 기판과 기판 사이에서 근거리 전송과 장비들 간의 전송에 있어서 반드시 개발되어야 한다. 최근에 테라헤르츠파 영역에서의 수동소자로 단일 모드 전파가 가능한 경사 테라헤르츠파 평행 도파관(Tapered Parallel Plate Waveguides; TPPWG), 원형 금속 도파관(circular metal waveguide), 사각형 금속 도파관(rectangular metal waveguide), 단결정 크리스탈 광섬유(single crystal sapphire fibers), 평면 전송선(transmission line), 단일 금속선(single metal wire), 동축케이블(coaxial cable), 평행 도파관(parallel-plate waveguide) 등이 보고되어 있다.
In particular, in the case of waveguides, it must be developed for short-range transmission between the substrate and the substrate of the integrated circuit and transmission between the devices. Tapered Parallel Plate Waveguides (TPPWG), circular metal waveguides, rectangular metal waveguides, single crystals, and the like, which are capable of single mode propagation in a passive device in the terahertz wave region, There have been reported single crystal sapphire fibers, transmission lines, single metal wires, coaxial cables, and parallel-plate waveguides.
한국등록특허 10-1330682호는 이러한 테라헤르츠파 대역 필터에 관한 것으로, 테라헤르츠파의 특정 대역을 차단하는 테라헤르츠파 노치 필터와 테라헤르츠파의 저주파 대역을 통과시키는 테라헤르츠파 저주파 통과 필터에 관한 기술을 기재하고 있다.Korean Pat. No. 10-1330682 discloses a terahertz waveband filter for blocking a specific band of a terahertz wave and a terahertz wave low-pass filter for passing a low-frequency band of the terahertz wave. Technology.
이와 같이 테라헤르츠파(Terahertz; THz)의 분광학은 물질의 특성 분석에 많이 활용되고 있다. 하지만, 얇은 박막 또는 미량 샘플의 테라헤르츠파(THz) 분석은 신호의 변화가 미비하여 분석에 한계를 가지고 있다. 이에, Metamaterials의 구조를 박막에 부착하여 SPP(Surface Plasmon Polaritions)를 이용한 분석이 가능하게 되었으나, 박막 위에 구조가 결합된 방식으로는 실질적인 박막의 특성 및 미량의 물질에 대한 테라헤르츠파(THz)를 이용한 분석에 제한이 있다. Thus, the spectroscopy of Terahertz (THz) is widely used for characterization of materials. However, terahertz wave (THz) analysis of thin films or trace samples has limited analysis due to insignificant changes in signal. The structure of the metamaterials is attached to the thin film to enable the analysis using SPP (Surface Plasmon Polarization). However, in the structure in which the structure is bonded on the thin film, the THz characteristic of the thin film and the THz There is a limit to the analysis used.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 높은 Q 팩터 공진(High Q-factor Resonance) 생성 방식을 통해 소량의 물질 및 박막을 분석할 수 있는 테라헤르츠파 평행 도파관(Parallel-Plate Waveguide; PPWG) 센서를 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a Parallel-Plate Waveguide (PPWG) sensor capable of analyzing a small amount of material and thin film through a high Q-factor resonance generation method have.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 평행 도파관(PPWG) 내부에 슬릿(Slit)을 구성하고 테라헤르츠파(THz)의 분리와 시간지연을 이용하여 높은 Q 팩터 공진(High Q-factor Resonance)을 만드는 과정에서, 한쪽 채널에 물질 특성을 이용한 전파시간 지연을 통해 공진(Resonance) 이동을 확인함으로써, 테라헤르츠파(THz)를 이용한 미량 물질 및 박막 측정이 가능한 테라헤르츠파 평행 도파관 센서를 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems by providing a slit in a parallel waveguide (THz), which is capable of measuring a trace material and a thin film using THz, by confirming the resonance movement through propagation time delay using material characteristics in one channel.
일 측면에 따르면, 본 발명에서 제안하는 테라헤르츠파가 통과하는 테라헤르츠파 평행 도파관 센서에 있어서, 상부 금속판의 평행면과 하부 금속판의 평행면이 서로 대향 배치되는 한 쌍의 금속판; 상기 한 쌍의 금속판 사이 공간에 상기 상부 금속판의 평행면 및 상기 하부 금속판의 평행면과 평행하게 이격 형성되는 시트; 상기 평행면과 대향하는 위치의 상기 시트에 형성되는 슬릿; 및 상기 한 쌍의 금속판 중 적어도 하나의 평행면에 형성되는 절연 필름을 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a terahertz wave parallel waveguide sensor through which a terahertz wave passes, comprising: a pair of metal plates having a parallel surface of an upper metal plate and a parallel surface of a lower metal plate facing each other; A sheet formed in a space between the pair of metal plates so as to be spaced apart in parallel with a parallel surface of the upper metal plate and a parallel surface of the lower metal plate; A slit formed in the sheet at a position facing the parallel surface; And an insulating film formed on at least one parallel surface of the pair of metal plates.
다른 측면에 따르면, 상기 한 쌍의 금속판 사이 공간을 따라 상기 테라헤르츠파가 통과할 수 있다. According to another aspect, the THz wave can pass through a space between the pair of metal plates.
또 다른 측면에 따르면, 상기 한 쌍의 금속판은, 상기 상부 금속판과 상기 하부 금속판의 사이 공간의 간격이 상기 평행면의 단부까지 점진적으로 감소하는 경사면으로 이루어질 수 있다. According to another aspect of the present invention, the pair of metal plates may be a sloped surface in which an interval between the upper metal plate and the lower metal plate gradually decreases to an end of the parallel surface.
또 다른 측면에 따르면, 상기 한 쌍의 금속판은 상기 평행면과 상기 경사면 사이의 경계는 곡면으로 이루어질 수 있다. According to another aspect of the present invention, the boundary between the parallel plane and the inclined plane of the pair of metal plates may be a curved surface.
또 다른 측면에 따르면, 상기 한 쌍의 금속판의 사이 공간의 일측에는 상기 테라헤르츠파가 입력되는 입력단이 형성되고, 타측에는 상기 테라헤르츠파가 출력되는 출력단이 형성되어, 상기 테라헤르츠파가 상기 한 쌍의 금속판의 사이 공간을 일방향으로 통과할 수 있다. According to another aspect of the present invention, an input end for inputting the terahertz wave is formed on one side of the space between the pair of metal plates, and an output end for outputting the terahertz wave is formed on the other side. The space between the pair of metal plates can pass through in one direction.
또 다른 측면에 따르면, 상기 시트는 경사면으로 이루어진 상기 입력단과 상기 출력단까지 돌출된 길이를 갖도록 할 수 있다. According to another aspect of the present invention, the sheet may have a length protruding from the input end and the output end.
또 다른 측면에 따르면, 상기 시트는 금속 재질로 이루어질 수 있다. According to another aspect, the sheet may be made of a metal material.
또 다른 측면에 따르면, 상기 시트는 상기 테라헤르츠파가 입력되는 일측이 상기 시트를 기준으로 상부 또는 하부로 만곡되어, 상기 테라헤르츠파가 상기 시트를 기준으로 상부 또는 하부 중 선택적으로 입력되도록 할 수 있다. According to another aspect of the present invention, the sheet may have one side to which the terahertz wave is input, being curved upward or downward with respect to the sheet, so that the terahertz wave may be selectively inputted to the upper side or the lower side based on the sheet have.
또 다른 측면에 따르면, 상기 슬릿은 상기 한 쌍의 금속판의 상기 평행면의 중심 위치와 대향하는 지점에 형성될 수 있다. According to another aspect of the present invention, the slit may be formed at a position opposite to the center position of the parallel surfaces of the pair of metal plates.
또 다른 측면에 따르면, 상기 테라헤르츠파가 상기 슬릿에 의해 분리되고, 분리된 상기 테라헤르츠파가 상기 절연 필름을 통과하도록, 상기 테라헤르츠파의 진행 방향 기준으로 상기 절연 필름은 상기 슬릿의 후측에 배치될 수 있다. According to another aspect of the present invention, the insulating film is formed on the rear side of the slit in such a manner that the THz wave is separated by the slit and the separated THz wave passes through the insulating film, .
또 다른 측면에 따르면, 상기 시트에는 하나의 단일 슬릿이 형성되어, 특정 주파수 대역을 차단하는 노치 필터로 사용될 수 있다. According to another aspect, a single slit is formed in the sheet and can be used as a notch filter blocking a specific frequency band.
또 다른 측면에 따르면, 상기 시트는 상기 상부 금속판의 평행면과 상기 하부 금속판의 평행면 사이의 중간 지점에 평행하게 위치시킬 수 있다. According to another aspect, the sheet may be positioned parallel to a midpoint between the parallel plane of the upper metal plate and the parallel plane of the lower metal plate.
또 다른 측면에 따르면, 상기 시트는 상기 상부 금속판의 평행면과 상기 하부 금속판 사이의 비대칭 지점에 평행하게 위치시킬 수 있다. According to another aspect, the sheet may be positioned parallel to an asymmetric point between the parallel surface of the upper metal plate and the lower metal plate.
또 다른 측면에 따르면, 상기 한 쌍의 금속판의 상기 평행면과 상기 시트 사이 공간의 거리인 에어 갭의 간격을 변화시켜 노치 필터의 공진 주파수를 조절할 수 있다. According to another aspect of the present invention, the resonance frequency of the notch filter can be adjusted by changing the gap of the air gap, which is the distance between the parallel surfaces of the pair of metal plates and the space between the sheets.
또 다른 측면에 따르면, 상기 상부 평행면과 하부 평행면 사이에 존재하는 매질의 굴절률을 변화시켜 노치 필터의 공진 주파수를 조절할 수 있다. According to another aspect of the present invention, the resonance frequency of the notch filter can be adjusted by changing the refractive index of a medium existing between the upper parallel plane and the lower parallel plane.
또 다른 측면에 따르면, 상기 슬릿의 길이와 슬릿의 폭을 변화시켜 노치 필터의 공진 주파수를 조절할 수 있다. According to another aspect of the present invention, the resonance frequency of the notch filter can be adjusted by changing the length of the slit and the width of the slit.
또 다른 측면에 따르면, 상기 절연 필름의 길이, 두께 및 굴절률에 의해 공진 주파수의 위치가 변화될 수 있다. According to another aspect, the position of the resonant frequency can be changed by the length, thickness, and refractive index of the insulating film.
본 발명의 실시예들에 따르면 평행 도파관(PPWG) 내부에 슬릿(Slit)을 구성하고 테라헤르츠파(THz)의 분리와 시간지연을 이용하여 높은 Q 팩터 공진(High Q-factor Resonance)을 만드는 과정에서, 한쪽 채널에 물질 특성을 이용한 전파시간 지연을 통해 공진(Resonance) 이동을 확인함으로써, 테라헤르츠파(THz)를 이용한 미량 물질 및 박막 측정이 가능한 테라헤르츠파 평행 도파관 센서를 제공할 수 있다. According to the embodiments of the present invention, a slit is formed in a parallel waveguide (PPWG), and a high Q-factor resonance is created using a separation of the terahertz wave THz and a time delay It is possible to provide a terahertz wave parallel waveguide sensor capable of measuring a trace material and a thin film using a terahertz wave (THz) by confirming a resonance movement through a propagation time delay using a material characteristic in one channel.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파의 크기를 측정하는 실험 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파가 통과하는 테라헤르츠파 평행 도파관 센서를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 물질의 특성에 따른 테라헤르츠파 공진의 저주파이동 구조 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 물질의 특성에 따른 테라헤르츠파 공진의 고주파이동 구조 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 층의 통로에 의한 전송 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 5에서의 시간 지연 및 주파수 위치의 측정을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 두께의 절연 필름에 의한 전송 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 1mm의 길이, 1.00
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 실험 결과 및 시뮬레이션 결과의 비교를 나타내는 것이다. FIG. 1 is a schematic diagram of an experimental apparatus for measuring the size of a terahertz wave according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
2 is a cross-sectional view illustrating a THz-wave parallel waveguide sensor through which a terahertz wave passes according to an embodiment of the present invention.
3 is a low-frequency moving structure diagram of a THz-wave resonance according to characteristics of a material according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a high-frequency moving structure view of a resonance of a terahertz wave according to characteristics of a material according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating transmission spectra by passages of different layers according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating the measurement of the time delay and the frequency position in FIG. 5 according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing a transmission spectrum of an insulating film having a different thickness according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a cross-sectional view of an embodiment of a length of 1 mm, 1.00
9 shows a comparison of experimental results and simulation results according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 높은 Q 팩터 공진(High Q-factor Resonance) 생성 방식을 통해 소량의 물질 및 박막을 분석할 수 있는 평행 도파관(Parallel-Plate Waveguide; PPWG)에 관한 것으로, 평행 도파관(PPWG) 내부에 슬릿(Slit)을 구성하고 테라헤르츠파(THz)의 분리와 시간지연을 이용하여 높은 Q 팩터 공진(High Q-factor Resonance)을 만드는 과정에서, 한쪽 채널에 물질 특성을 이용한 전파시간 지연을 통해 공진(Resonance) 이동을 확인함으로써, 테라헤르츠파(THz)를 이용한 미량 물질 및 박막 측정을 가능하게 할 수 있다.
The present invention relates to a parallel-plate waveguide (PPWG) capable of analyzing a small amount of material and a thin film through a high Q-factor resonance generation method. The parallel waveguide (PPWG) In the process of constructing a high Q-factor resonance by using a separation and time delay of a terahertz wave (THz) constituting a slit, resonance (propagation time delay) Resonance By confirming the movement, it is possible to make the measurement of trace materials and thin films using terahertz wave (THz).
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파의 크기를 측정하는 실험 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a schematic diagram of an experimental apparatus for measuring the size of a terahertz wave according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
도 1을 참조하면, 테라헤르츠파의 크기를 측정하는 실험 장치는 광원(Ti: Sapphire Laser, 티타늄 사파이어 레이저), 빔 스플리터(Beam Splitter), 지연 라인(Delay Line), 송신단(Transmitter, Tx), 수신단(Receiver, Rx), 금속 도파관(PPWG) 및 두 개의 포물선 거울(Parabolic Mirror)를 포함한다. 1, an experimental apparatus for measuring the size of a terahertz wave includes a light source (Ti: sapphire laser), a beam splitter, a delay line, a transmitter (Tx) A receiver (Rx), a metal waveguide (PPWG), and two parabolic mirrors.
광원(Ti: Sapphire Laser, 티타늄 사파이어 레이저)은 펄스폭이 60fs이고 800nm의 파장을 가지며, 80MHz의 반복률을 갖는 사파이어 레이저 빔을 생성할 수 있다. 그리고, 광원(Ti: Sapphire Laser)에 의하여 생성된 사파이어 레이저 빔은 빔 스플리터에 의하여 분리된 후, 일부는 지연 라인을 경유하여 송신단(Tx)에, 다른 일부는 수신단(Rx)에 전송될 수 있다. 송신단(Tx)과 수신단(Rx)에는 동일한 다이폴 안테나 형태의 송신칩(transmitter chip)과 수신칩(receiver chip)이 있으며, 광원으로부터 생성된 사파이어 레이저 빔이 상기 송신칩 및 수신칩에 조사될 수 있다. 상기 송신칩 및 수신칩은 5㎛의 갭(gap)을 갖는 다이폴 안테나 구조이며, 광학적 투명도가 양호한 SOS(Silicon On Sapphire) 칩을 사용할 수 있다. 그리고, 금속 도파관(PPWG)은 두 개의 포물선 거울(Parabolic Mirror) 사이에 배치될 수 있으며, 금속 도파관의 상부 평행면 또는 하부 평행면에는 절연 필름이 부착될 수 있다. A light source (Ti: Sapphire Laser, Ti sapphire laser) is capable of producing a sapphire laser beam with a pulse width of 60 fs and a wavelength of 800 nm and a repetition rate of 80 MHz. The sapphire laser beam generated by the light source Ti (Sapphire Laser) can be separated by the beam splitter, and then partly transmitted to the transmitting end Tx via the delay line and the other part to the receiving end Rx . A transmitting chip Tx and a receiving Rx chip have the same dipole antenna type and a receiving chip so that a sapphire laser beam generated from a light source can be irradiated to the transmitting chip and the receiving chip . The transmission chip and the reception chip have a dipole antenna structure having a gap of 5 mu m, and a SOS (Silicon On Sapphire) chip having good optical transparency can be used. The metal waveguide (PPWG) may be disposed between two parabolic mirrors, and an insulating film may be attached to the upper parallel plane or the lower parallel plane of the metal waveguide.
이와 같은 구성에 따라, 얇은 절연 필름(유전체 층)을 검출 및 측정하기 위해 금속 도파관을 이용하여 공진 주파수 또는 펄스 지연을 분석할 수 있다. 이때, 금속 도파관의 한쪽에 하나의 홈 구멍이 좁은 노치 필터로 작용할 수 있다. 상기 구멍은 유전체 액체 물질로 충진될 때, 더 높은 범위의 공진 주파수로 이동되므로, 높은 Q 팩터 공진(High Q-factor Resonance)의 검출 감도를 결정하는 매우 중요한 파라미터이다.
According to this configuration, a resonance frequency or pulse delay can be analyzed using a metal waveguide to detect and measure a thin insulating film (dielectric layer). At this time, one groove hole on one side of the metal waveguide can act as a narrow notch filter. This hole is a very important parameter that determines the detection sensitivity of high Q-factor resonance since it is shifted to a higher range of resonance frequency when filled with dielectric liquid material.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파가 통과하는 테라헤르츠파 평행 도파관 센서를 나타내는 단면도이다. 2 is a cross-sectional view illustrating a THz-wave parallel waveguide sensor through which a terahertz wave passes according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 높은 Q 팩터 공진(High Q-factor Resonance) 발생 및 소량의 물질 및 박막의 특성을 분석할 수 있는 평행 도파관(PPWG)의 구조를 확인할 수 있다. 이러한, 테라헤르츠파가 통과하는 테라헤르츠파 평행 도파관 센서는 한 쌍의 금속판(100), 시트(200), 슬릿(210), 그리고 절연 필름(300)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, a structure of a parallel waveguide (PPWG) capable of generating a high Q-factor resonance and analyzing characteristics of a small amount of material and a thin film can be confirmed. The terahertz wave parallel waveguide sensor through which the terahertz wave passes may include a pair of
한 쌍의 금속판(100)은 상부 금속판(110)과 하부 금속판(120)으로 이루어지며 서로 일정간격 이격되어 대향 배치될 수 있다. 즉, 한 쌍의 금속판(100)은 상부 금속판의 평행면(111)과 하부 금속판의 평행면(121)이 서로 대향 배치될 수 있다.The pair of
상부 금속판(110)은 일면 가운데 평행면(111)을 가지며, 평행면(111)을 기준으로 양측은 경사면(112)으로 이루어지되 평행면(111)과 경사면(112) 사이의 경계는 곡면으로 이루어질 수 있다. 이와 마찬가지로, 하부 금속판(120)은 일면 가운데 평행면(121)을 가지며, 평행면(121)을 기준으로 양측은 경사면(122)으로 이루어지되 평행면(121)과 경사면(122) 사이의 경계는 곡면으로 이루어질 수 있다. The
이에 따라, 한 쌍의 금속판(100)은 상부 금속판(110)과 하부 금속판(120)의 사이 공간(에어 갭)의 간격이 평행면(111, 121)의 단부까지 점진적으로 감소하는 경사면(112, 122)으로 이루어질 수 있다. Accordingly, the pair of
다시 말하면, 한 쌍의 금속판(100) 각각을 평행면(111, 121)과, 일단이 평행면에 대해 경사진 경사면(112, 122)으로 형성하고, 이들을 간격을 가지고 서로 마주보도록 체결시킴으로써, 입출력단 일체형 평행 도파관을 형성할 수 있다. 상기 평행면(111, 121)과 경사면(112, 122) 사이의 경계는 각각 곡면으로 이루어지며, 평행면과 경사면이 이루는 각도는 0° 이상 10° 이하로 하는 것이 효율적이다. In other words, each of the pair of
또한, 한 쌍의 금속판(100)의 재질은 알루미늄 등의 금속으로 이루어질 수 있으며, 이밖에 테라헤르츠파를 전파시킬 수 있는 재질이라면 그 종류에 제한이 없다.The material of the pair of
테라헤르츠파를 집속시키는 입력단과, 테라헤르츠파를 방사시키는 출력단이 모두 경사진 구조로 되어 있기 때문에, 경사진 테라헤르츠파 평행 도파관은 경사각에 의해 결합 효율이 향상되며, 실제 전파 시에 테라헤르츠파 파형이 전파될 수 있다.Since the input stage for focusing the terahertz wave and the output stage for emitting the terahertz wave are both inclined, the coupling efficiency is improved by the inclined angle of the inclined terahertz wave parallel waveguide, and the terahertz wave The waveform can be propagated.
여기서, 테라헤르츠파(Terahertz, THz)는 상부 평행면과 하부 평행면이 서로 대향 배치된 한 쌍의 금속판 사이 공간을 따라 진행할 수 있다. 그리고, 한 쌍의 금속판(100)의 사이 공간의 일측에는 테라헤르츠파가 입력되는 입력단이 형성되고, 타측에는 테라헤르츠파가 출력되는 출력단이 형성되어, 테라헤르츠파가 한 쌍의 금속판(100)의 사이 공간을 일방향으로 통과하도록 하는 것이 바람직하다. Here, the terahertz wave (THz) can travel along a space between a pair of metal plates whose upper parallel plane and lower parallel plane are opposed to each other. An input end through which a terahertz wave is input is formed on one side of the space between the pair of
이러한, 테라헤르츠파를 이용하여 테라헤르츠파 노치 필터와 테라헤르츠파 저역 통과 필터를 구현할 수 있다.Such a terahertz wave can be used to implement a terahertz wave notch filter and a terahertz wave low-pass filter.
도파관을 통해 테라헤르츠파가 전파될 때 특정 주파수 대역(좁은 주파수 대역)에서 급격히 감소시켜 통과를 차단시키는 테라헤르츠파 노치 필터를 구현할 수 있다. 테라헤르츠파 노치 필터(terahertz notch filter)는 도파관을 통해 테라헤르츠파가 전파될 때 특정 주파수 대역(좁은 주파수 대역)에서 급격히 감소되는 특정 주파수 대역의 차단 필터(band reject filter)를 말한다. When a terahertz wave is propagated through a waveguide, a terahertz wave notch filter can be implemented that sharply reduces in a specific frequency band (narrow frequency band) to block the transmission. A terahertz notch filter refers to a band reject filter in a specific frequency band that sharply decreases in a specific frequency band (narrow frequency band) when a terahertz wave propagates through the waveguide.
테라헤르츠파 노치 필터는, 평행면(111, 121)과 평행하게 한 쌍의 금속판(100) 사이에 이격되어 배치된 시트(200)와, 상기 평행면과 대향하는 위치의 시트에 하나의 단일 슬릿(210)이 형성되도록 한다. The terahertz wave notch filter includes a
시트(200)는 한 쌍의 금속판(100) 사이 공간에 배치되며, 상부 금속판(110)과 하부 금속판(120)과 이격되어 구성되는 것이 바람직하다. 이러한, 시트(200)는 상부 금속판의 평행면(111) 및/또는 하부 금속판의 평행면(121)과 평행하게 형성될 수 있다. The
또한, 시트(200)는 상부 평행면과 하부 평행면으로 된 금속판 사이에 이격되어 나란히 배치되는 금속(metal) 재질의 시트로서, 빔(beam)이 전파될 수 있는 재질이 사용될 수 있다. 일 예로, 시트(200)는 스테인레스 스틸(stainless steel), 알루미늄 등으로 구현될 수 있는데, 전도성이 높은 재질일수록 바람직하다. Further, the
그리고, 시트(200)는 경사면(112, 122)으로 이루어진 상기 입력단과 출력단까지 돌출된 길이를 갖도록 하여, 입력단을 통해 들어오는 테라헤르츠파는 평행면(111, 121)에 도달하기 전에, 돌출된 시트에 의해 상부 평행면(111)과 시트(200) 사이의 공간인 상부 에어 갭(410)과, 시트(200)와 하부 평행면(121) 사이의 공간인 하부 에어 갭(420)으로 갈라져서 입력될 수 있다. The
여기서, 시트(200)는 도 2에 점선으로 도시된 바와 같이, 테라헤르츠파가 입력되는 일측이 시트를 기준으로 상부 또는 하부로 만곡됨으로써, 테라헤르츠파가 상부 에어 갭(410) 또는 하부 에어 갭(420) 중 선택적으로 입력되도록 할 수 있다. 이에 따라, 한 쌍의 금속판(100) 사이 공간을 시트(200) 등을 이용하여 일측을 폐쇄함으로써, 상하 채널의 개방 및 폐쇄를 통해 공진(Resonance) 이동 방향을 제어할 수 있다. 즉, 분리된 한쪽 경로에 배치된 물질에 따라 공진(Resonance)이 움직이므로 얇은 박막 또는 미량 샘플을 테라헤르츠파(THz)를 이용하여 검출할 수 있다. Here, as shown by a dotted line in FIG. 2, the
슬릿(Slit)(210)은 상부 금속판(110)과 하부 금속판(120)의 평행면(111, 121)과 대향하는 위치의 시트(200)에 형성될 수 있으며, 한 쌍의 금속판(100)의 평행면의 중심 위치와 대향하는 지점에 형성될 수 있다. The slit 210 may be formed in the
즉, 시트(200)에 형성되는 슬릿(210)은 시트의 길이 방향과 직각된 방향으로 형성될 수 있으며, 마이크로 포토케미칼 에칭 등의 방법에 의해 제조될 수 있다. 테라헤르츠파가 특정 주파수 대역을 차단하는 노치 필터로 구현되는 경우에는 시트에 하나의 단일 슬릿(210)이 형성되어 특정 주파수 대역을 차단할 수 있다. 즉, 단일 슬릿(210)을 통과하는 테라헤르츠파의 공진 주파수에 의해 결과적으로 입력단에서 출력단으로 통과하는 테라헤르츠파의 공진 주파수 대역이 차단되는 것이다. That is, the slits 210 formed in the
이러한 시트(200)는 한 쌍의 금속판(100)에 상, 하 중앙에 위치할 수도 있으며, 슬릿(210) 넓이, 두께, 간격은 다양하게 조절 가능하며, 다수개의 패턴들이 일정한 간격으로 주기적으로 패터닝 하여 형성될 수 있으며, 다른 형태로도 가능하며, 다른 금속 재질로 형성될 수 있다.Such a
절연 필름(300)은 한 쌍의 금속판(100) 중 적어도 하나의 평행면(111, 121)에 형성될 수 있으며, 포토 레지스트 등의 방법에 의해 얇은 박막 형태로 형성될 수 있다. 또한, 테라헤르츠파가 슬릿(210)에 의해 분리되고, 분리된 테라헤르츠파가 절연 필름(300)을 통과하도록, 테라헤르츠파의 진행 방향 기준으로 절연 필름(300)은 슬릿(210)의 후측에 배치되는 것이 바람직하다.
The insulating
테라헤르츠파의 차단되는 공진 주파수 대역은 에어 갭, 굴절률, 슬릿의 두께 및 폭, 그리고 절연 필름이라는 네 가지 변수에 의해 달라질 수 있다.The resonant frequency band of the terahertz wave can be varied by four parameters: air gap, refractive index, slit thickness and width, and insulation film.
첫째, 공진 주파수 대역을 가변 시킬 수 있는 변수 중 하나인 에어 갭은, 하나의 평행면(111, 121)과 시트(200) 사이의 거리(gap)인 에어 갭의 크기에 따라서 차단되는 공진 주파수 대역이 달라질 수 있다. 평행면과 시트 사이의 매질인 에어 갭의 크기에 따라서, 평행면과 시트 사이를 통과하는 테라헤르츠파의 전파 경로 길이가 달라져서 공진 주파수 대역이 달라지게 되는 것이다. 참고로, 시트(200)는 상부 평행면과 하부 평행면 사이의 중간 지점에 평행하게 위치시킬 수 있다. 또한, 시트는 상부 평행면과 하부 평행면 사이의 비대칭 지점에 평행하게 위치시킬 수 있다.First, an air gap, which is one of the variables capable of changing the resonance frequency band, is a resonance frequency band that is blocked according to the size of an air gap, which is a gap between one
둘째, 공진 주파수 대역을 가변시킬 수 있는 변수 중 하나인 굴절률은, 테라헤르츠파의 차단되는 공진 주파수 대역은 에어 갭 이외에 굴절률에 의하여 달라질 수 있다. 한 쌍의 금속판(100) 사이에는 에어(air)와 같은 매질이 존재하며, 이밖에 에어(air)를 대신하여 다양한 굴절률을 갖는 가스가 존재할 수 있다. 굴절률에 따라서 한 쌍의 금속판(100) 사이를 통과하는 테라헤르츠파의 차단되는 공진 주파수 대역을 조절할 수 있다.Second, the refractive index, which is one of the variables that can vary the resonance frequency band, can be varied by the refractive index in addition to the air gap in the resonance frequency band in which the terahertz wave is blocked. A medium such as air is present between the pair of
셋째, 공진 주파수 대역을 가변시킬 수 있는 변수인 슬릿 두께 및 폭은, 에어 갭과 마찬가지로, 한 쌍의 금속판 사이의 각각의 슬릿 두께와 슬릿 폭에 따라서 평행면과 시트 사이를 통과하는 테라헤르츠파의 전파 경로 길이가 달라져서 공진 주파수 대역이 달라질 수 있다.Third, the slit thickness and width, which are variables capable of varying the resonance frequency band, are the same as those of the air gap in that the propagation of the terahertz wave passing between the parallel surface and the sheet in accordance with the slit thickness and slit width between the pair of metal plates The resonance frequency band can be changed by varying the path length.
마지막으로, 공진 주파수 대역을 가변시킬 수 있는 변수인 절연 필름은, 두께, 길이, 코팅 재질 및 상태, 위치에 따라 변경될 수 있다.Finally, the insulation film, which is a variable capable of changing the resonance frequency band, can be changed depending on the thickness, length, coating material, state, and position.
즉, 절연 필름의 길이, 두께 및 굴절률 등에 의해 공진 주파수의 위치가 변화될 수 있어, 코팅된 절연 필름에서 코팅되는 물질을 검출할 수 있으며, 반대로 공진 주파수의 위치에 따라 절연 필름의 두께, 길이, 굴절률 등을 유추할 수 있다.
In other words, the position of the resonance frequency can be changed by the length, thickness, and refractive index of the insulating film, and the material coated on the coated insulating film can be detected. Conversely, depending on the position of the resonance frequency, Refractive index and the like can be deduced.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 물질의 특성에 따른 테라헤르츠파(THz) 공진(resonance)의 저주파이동 구조 도면이다.3 is a low-frequency moving structural view of a THz resonance according to the characteristics of a material according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 물질의 특성에 따른 테라헤르츠파(THz) 공진(Resonance)의 고주파이동 구조 도면이다.4 is a high-frequency moving structure diagram of a THz resonance according to a characteristic of a material according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 도 2에서 설명한 테라헤르츠파 평행 도파관 센서를 이용하여 테라헤르츠파(THz)를 시트(200)의 하부측으로 유입시켰을 때, 테라헤르츠파는 시트(200)에 형성된 슬릿(210)에 의해 분리되어 상부 에어 갭(410) 및 하부 에어 갭(420)을 통과하여 배출될 수 있다. 이때, 테라헤르츠파가 상부 에어 갭(410)을 통과할 때 상부 금속판(110)의 평행면(111)에 배치된 절연 필름(300)에 의해 공진(Resonance)의 움직임 또는 시간영역 파의 시간 지연을 감지할 수 있다. Referring to FIG. 3, when the terahertz wave (THz) is introduced into the lower side of the
도 4를 참조하면, 테라헤르츠파 평행 도파관 센서를 이용하여 테라헤르츠파(THz)를 시트(200)의 상부측으로 유입시켰을 때, 테라헤르츠파는 시트(200)에 형성된 슬릿(210)에 의해 분리되어 상부 에어 갭(410) 및 하부 에어 갭(420)을 통과하여 배출될 수 있다. 이때, 테라헤르츠파는 절연 필름(300)을 통과하지 않는 하부 에어 갭(420)을 통하여 배출되는 측이 더 민감하다.Referring to FIG. 4, when a terahertz wave parallel waveguide sensor is used to introduce a terahertz wave THz into the upper side of the
다시 말하면, 한 쌍의 금속판(100) 내부에 시트(200)를 구성하여 테라헤르츠파(THz) 분리하고, 분리된 파의 경로차를 이용한 높은 Q 팩터 공진(High Q-factor Resonance) 발생에 사용될 수 있고, 분리된 경로에 물질의 경로 변화를 통해 공진(Resonance)의 움직임 또는 시간영역 파의 시간 지연을 감지할 수 있다. In other words, it is possible to construct a
그리고, 상기한 구성에 의한 얇은 금속판의 시트를 이용한 상하 채널의 개방 및 폐쇄를 통해 공진(Resonance) 이동 방향을 제어할 수 있다. The resonance moving direction can be controlled by opening and closing the upper and lower channels using the sheet of the thin metal plate according to the above-described configuration.
상기한 구성에 의해 본 발명에 따른 공진(Resonance) 생성이 가능하고, 분리된 한쪽 경로에 배치된 물질에 따라 공진(Resonance)이 움직이고 소량 또는 박막을 테라헤르츠파(THz)를 이용하여 특성을 검출할 수 있다.
Resonance according to the present invention can be generated by the above-described configuration. Resonance is moved according to the material disposed in the separated path, and a small amount or thin film is detected using a THz (THz) can do.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 층의 통로에 의한 전송 스펙트럼을 나타내는 도면이다. FIG. 5 is a diagram illustrating transmission spectra by passages of different layers according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 5를 참조하면, 오른쪽 하단은 절연 필름이 사용되지 않은 정규화 기준 스펙트럼을 나타내는 것이고, 왼쪽 하단은 슬릿이 형성된 시트가 상측 및 하측으로 만곡되어 테라헤르츠파가 상부 및 하부 채널로 입력되는 형태를 나타내는 것이다. Referring to FIG. 5, the lower right end shows a normalized reference spectrum in which the insulating film is not used, and the lower left part shows a form in which the slit formed sheet is curved upward and downward and the terahertz wave is input to the upper and lower channels will be.
도 5(a)는 입력된 테라헤르츠파가 상부 채널에만 입력되어 이동하는 것을 나타내고, 도 5(b)는 입력된 테라헤르츠파가 하부 채널을 통해서만 입력되는 것을 나타내는 것이다. 5 (a) shows that the input terahertz wave is inputted only to the upper channel, and FIG. 5 (b) shows that the input terahertz wave is inputted only through the lower channel.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 5에서의 시간 지연 및 공진 주파수 시프트(위치)의 측정을 나타내는 도면이다. FIG. 6 is a diagram showing the measurement of the time delay and the resonant frequency shift (position) in FIG. 5 according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 도 2의 경우에서의 상부 채널과 하부 채널의 개방에 따라 각각의 시간 지연 및 공진 주파수의 위치를 측정하여 나타낼 수 있다.
Referring to FIG. 6, the positions of the time delay and the resonance frequency can be measured and displayed according to the opening of the upper channel and the lower channel in the case of FIG.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 두께의 절연 필름에 의한 전송 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 7 is a view showing a transmission spectrum of an insulating film having a different thickness according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 오른쪽 하단은 공진 주파수의 위치를 나타내고, 왼쪽 하단은 테라헤르츠파가 상부 및 하부 채널로 입력되어 슬릿에 의해 분리되는 형태를 나타내는 것이다. Referring to FIG. 7, the lower right end shows the position of the resonant frequency, and the lower left shows the form in which the terahertz wave is input into the upper and lower channels and separated by the slit.
도 7(a)는 상부 채널에만 입력되어 이동하는 것을 나타내고, 도 7(b)는 입력된 테라헤르츠파가 하부 채널을 통해서만 입력되는 것을 나타내는 것이다.
FIG. 7A shows that only the upper channel is moved and FIG. 7B shows that the inputted terahertz wave is inputted only through the lower channel.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 1mm의 길이, 1.00
도 8을 참조하면, 1mm의 길이, 1.00
Referring to FIG. 8, the length of 1 mm, 1.00
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 실험 결과 및 시뮬레이션 결과의 비교를 나타내는 것이다. 9 shows a comparison of experimental results and simulation results according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 직접적인 실험 결과와 시뮬레이션 결과가 유사한 것을 확인할 수 있다. 여기서, 실험 및 시뮬레이션 조건에서 사용되는 절연 필름의 두께는 아래쪽이 채널에 대해 각각 오픈 상부 채널과 0.04 ± 0.08 및 1.00
Referring to FIG. 9, it can be confirmed that the direct experimental result and the simulation result are similar. Here, the thickness of the insulating film used in the experimental and simulation conditions is 0.04 < RTI ID = 0.0 > 0.08 < / RTI > and 1.00
이와 같이, 본 발명에 따른 테라헤르츠파 평행 도파관 센서는 테라헤르츠파를 집속시켜 한 쌍의 금속판 사이를 통과시킬 수 있으며, 한 쌍의 금속판의 내부에 금속 등의 시트를 배치함으로써 테라헤르츠파의 특정 주파수를 제거하여 잡음을 제거할 수 있다. As described above, the terahertz wave parallel waveguide sensor according to the present invention can converge a terahertz wave to pass between a pair of metal plates. By arranging a sheet of metal or the like inside a pair of metal plates, The noise can be removed by removing the frequency.
그리고, 탐침 등을 통해 두께를 측정하고, 절연 필름의 두께 및 굴절률에 따라 필터의 위치가 변경될 수 있다. 반대로, 필터의 위치를 알고 있을 경우, 절연 필름의 두께 및 굴절률을 알 수 있는 센서로 이용할 수 있다. Then, the thickness is measured through a probe or the like, and the position of the filter can be changed according to the thickness and the refractive index of the insulating film. On the other hand, if the position of the filter is known, it can be used as a sensor for detecting the thickness and the refractive index of the insulating film.
한 쌍의 금속판의 내부에 시트로 구분된 상부 에어 갭과 하부 에어 갭 중 일측을 폐쇄하여 테라헤르츠파가 일측으로만 유입되도록 함으로써, 절연 필름의 위치에 따라 파형이 변하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 상부 금속판에 절연 필름이 마련되고 테라헤르츠파가 상부 에어 갭을 통해 입력되는 경우와, 하부 에어 갭을 통해 입력되는 경우의 파형의 피크되는 위치가 달라질 수 있다. 즉, 파형의 피크 값이 우측으로 움직이거나 좌측으로 움직이는 차이를 확인할 수 있다. 이때, 테라헤르츠파는 절연 필름이 없는 방향으로 움직이는 것이 더 민감하다.One of the upper air gap and the lower air gap, which are divided into sheets, is closed inside the pair of metal plates to allow the terahertz wave to flow into only one side, so that the waveform changes according to the position of the insulating film. That is, an insulating film is provided on the upper metal plate, and the peak position of the waveform when the terahertz wave is input through the upper air gap and the terahertz wave is input through the lower air gap may be changed. That is, the peak value of the waveform moves right or left. At this time, it is more sensitive to move the terahertz wave in the direction without the insulating film.
이와 같이, 본 발명은 코팅제(절연 필름)를 발랐을 때 코팅되는 물질을 검출할 수 있으며, 역으로 공진의 발생 위치에 따라 코팅제의 두께, 굴절률, 및 길이를 유추할 수 있다. As described above, the present invention can detect the material to be coated when the coating agent (insulating film) is applied, and conversely, the thickness, the refractive index, and the length of the coating agent can be inferred according to the position where the resonance occurs.
또한, 공기뿐만 아니라 가스 등을 이용하여 내부의 매질을 변경하면, 굴절률이 달라져 공진의 발생 위치가 변경되어 필터의 위치가 변경될 수 있다. 이러한 성질을 이용하여, 역으로 공진 발생 위치에 따라 내부에 가스가 유입되었음을 탐지할 수도 있어, 가스 탐지 센서로 이용할 수도 있다. In addition, if the inner medium is changed by using gas as well as air, the refractive index is changed, and the position of the resonance is changed to change the position of the filter. Using this property, it is possible to detect that the gas has flowed in according to the resonance occurrence position, and thus it can be used as a gas detection sensor.
본 발명은 테라헤르츠파를 이용한 미량 및 박막 특성 분석 관련 분야에 적용될 수 있으며, 높은 Q 팩터 공진(High Q-factor Resonance)을 이용한 필터(filter) 분야에 응용될 수 있다. The present invention can be applied to the field related to the analysis of trace amount and thin film characteristics using terahertz waves, and can be applied to a field of filters using a high Q-factor resonance.
예를 들어, 반도체 등 코팅이 필요한 공정에서 코팅 상태를 사전에 검사할 수도 있으며, 반도체 박막 두께 및 물질 측정할 때 사용 가능하고, 센서로 이용이 가능하며, 혈액, 지방, 단백질 등 바이오 관련 분야에도 적용이 가능하다. For example, it is possible to pre-check the coating state in a process requiring a coating such as a semiconductor. It can be used for measuring the thickness and material of a semiconductor thin film, can be used as a sensor, and can be used for a bio-related field such as blood, It is applicable.
즉, 본 발명은 단일 슬릿 시트와 2개의 채널 PPWG를 이용한 얇은 유전체 층(절연 필름)을 나타내는 것으로, 실험 후 위 PPWG 블록은 쉽게 설치 후 코팅하는 PPWG 블록면을 이동시킬 수 있다. 따라서 이 실험 체계를 쉽게 독립된 센서로서, 예를 들면 반도체 및 생물학 연구 등 산업 및 과학 분야에 적용할 수 있다.
That is, the present invention shows a thin dielectric layer (insulating film) using a single slit sheet and two channel PPWGs, and the PPWG block after the experiment can easily move the PPWG block surface to be coated after the installation. Therefore, this experimental system can easily be applied to industrial and scientific fields such as semiconductor and biological research as independent sensors.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
100: 한 쌍의 금속판
110: 상부 금속판
120: 하부 금속판
200: 시트
210: 슬릿
300: 절연 필름
100: a pair of metal plates
110: upper metal plate
120:
200: sheet
210: slit
300: insulating film
Claims (17)
상부 금속판의 평행면과 하부 금속판의 평행면이 서로 대향 배치되는 한 쌍의 금속판;
상기 한 쌍의 금속판 사이 공간에 상기 상부 금속판의 평행면 및 상기 하부 금속판의 평행면과 평행하게 이격 형성되는 시트;
상기 평행면과 대향하는 위치의 상기 시트에 형성되는 슬릿; 및
상기 한 쌍의 금속판 중 적어도 하나의 평행면에 형성되는 절연 필름
을 포함하고,
상기 테라헤르츠파가 상기 슬릿에 의해 분리되고, 분리된 상기 테라헤르츠파 중 하나가 상기 절연 필름을 통과하도록 상기 테라헤르츠파의 진행 방향 기준으로 상기 절연 필름은 상기 슬릿의 후측에 배치되며, 상기 절연 필름에 의해 발생되는 분리된 상기 테라헤르츠파의 상부 및 하부 채널의 경로차를 이용하여 높은 Q-팩터 공진(High Q-factor Resonance) 발생에 사용하거나, 분리된 경로에 물질의 경로 변화를 통해 공진(Resonance)의 움직임 또는 시간영역 파의 시간 지연을 감지하고,
상부 및 하부 채널 중 하나의 채널을 개방하는 경우, 상기 시트는 상기 테라헤르츠파가 입력되는 일측이 상기 시트를 기준으로 상부 또는 하부로 만곡되어, 상기 테라헤르츠파가 상기 시트를 기준으로 상부 또는 하부 중 선택적으로 입력되도록 하여, 상부 또는 하부 채널 중 하나의 채널 개방을 통해 공진(Resonance) 이동 방향을 제어하고, 얇은 박막 또는 미량 샘플을 상기 테라헤르츠파를 이용하여 검출하며,
상기 절연 필름은, 길이, 두께, 굴절률, 코팅 재질, 및 위치 중 적어도 어느 하나 이상에 의해 공진 주파수 위치가 변화되어, 코팅된 상기 절연 필름의 경우 코팅 물질을 검출 가능하며, 측정되는 공진 주파수의 위치에 따라 상기 절연 필름의 길이, 두께, 굴절률, 코팅 재질, 및 위치 중 적어도 어느 하나 이상을 유추 가능한 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠파 평행 도파관 센서. In a terahertz wave parallel waveguide sensor through which a terahertz wave passes,
A pair of metal plates having a parallel surface of the upper metal plate and a parallel surface of the lower metal plate facing each other;
A sheet formed in a space between the pair of metal plates so as to be spaced apart in parallel with a parallel surface of the upper metal plate and a parallel surface of the lower metal plate;
A slit formed in the sheet at a position facing the parallel surface; And
An insulating film formed on at least one of the pair of metal plates,
/ RTI >
The insulating film is disposed on a rear side of the slit with respect to a traveling direction of the terahertz wave so that the terahertz wave is separated by the slit and one of the separated terahertz waves passes through the insulating film, (High Q-factor resonance) by using the path difference between the upper and lower channels of the terahertz wave generated by the film, or by using a resonance Detects the movement of the resonance or the time delay of the time domain wave,
When one of the upper and lower channels is opened, one side of the sheet on which the terahertz wave is input is curved upward or downward with respect to the sheet, and the terahertz wave is bent upward or downward with respect to the sheet. And controlling the direction of resonance movement through channel opening of one of the upper and lower channels to detect a thin film or a minute sample using the terahertz wave,
The position of the resonant frequency varies depending on at least one of length, thickness, refractive index, coating material, and position, and the coating material can be detected in the case of the coated insulating film. , At least one of the length, thickness, refractive index, coating material, and position of the insulating film
Wherein the waveguide is a parallel waveguide.
상기 한 쌍의 금속판 사이 공간을 따라 상기 테라헤르츠파가 통과하는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠파 평행 도파관 센서.The method according to claim 1,
Wherein the terahertz wave passes through a space between the pair of metal plates
Wherein the waveguide is a parallel waveguide.
상기 한 쌍의 금속판은,
상기 상부 금속판과 상기 하부 금속판의 사이 공간의 간격이 상기 평행면의 단부까지 점진적으로 감소하는 경사면으로 이루어지는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠파 평행 도파관 센서.The method according to claim 1,
The pair of metal plates may be formed,
And an inclined surface in which an interval between the upper metal plate and the lower metal plate gradually decreases to an end portion of the parallel surface
Wherein the waveguide is a parallel waveguide.
상기 한 쌍의 금속판은
상기 평행면과 상기 경사면 사이의 경계는 곡면으로 이루어지는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠파 평행 도파관 센서.The method of claim 3,
The pair of metal plates
And the boundary between the parallel plane and the inclined plane is a curved surface
Wherein the waveguide is a parallel waveguide.
상기 한 쌍의 금속판의 사이 공간의 일측에는 상기 테라헤르츠파가 입력되는 입력단이 형성되고, 타측에는 상기 테라헤르츠파가 출력되는 출력단이 형성되어, 상기 테라헤르츠파가 상기 한 쌍의 금속판의 사이 공간을 일방향으로 통과하는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠파 평행 도파관 센서.The method according to claim 1,
An input end for inputting the terahertz wave is formed on one side of the space between the pair of metal plates and an output end for outputting the terahertz wave is formed on the other side, To pass in one direction
Wherein the waveguide is a parallel waveguide.
상기 시트는 경사면으로 이루어진 상기 입력단과 상기 출력단까지 돌출된 길이를 갖는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠파 평행 도파관 센서. 6. The method of claim 5,
Wherein the sheet has a length protruding from the input end and the output end,
Wherein the waveguide is a parallel waveguide.
상기 시트는
금속 재질로 이루어지는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠파 평행 도파관 센서.The method according to claim 1,
The sheet
Made of metal
Wherein the waveguide is a parallel waveguide.
상기 슬릿은
상기 한 쌍의 금속판의 상기 평행면의 중심 위치와 대향하는 지점에 형성되는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠파 평행 도파관 센서.The method according to claim 1,
The slit
Formed at a position opposite to the center position of the parallel faces of the pair of metal plates
Wherein the waveguide is a parallel waveguide.
상기 시트에는 하나의 단일 슬릿이 형성되어, 특정 주파수 대역을 차단하는 노치 필터로 사용되는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠파 평행 도파관 센서. The method according to claim 1,
One single slit is formed in the sheet to be used as a notch filter that cuts off a specific frequency band
Wherein the waveguide is a parallel waveguide.
상기 시트는 상기 상부 금속판의 평행면과 상기 하부 금속판의 평행면 사이의 중간 지점에 평행하게 위치시키는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠파 평행 도파관 센서. The method according to claim 1,
The sheet being positioned parallel to a midpoint between the parallel plane of the upper metal plate and the parallel plane of the lower metal plate
Wherein the waveguide is a parallel waveguide.
상기 시트는 상기 상부 금속판의 평행면과 상기 하부 금속판 사이의 비대칭 지점에 평행하게 위치시키는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠파 평행 도파관 센서. The method according to claim 1,
The sheet being positioned parallel to the asymmetric point between the parallel surface of the upper metal plate and the lower metal plate
Wherein the waveguide is a parallel waveguide.
상기 한 쌍의 금속판의 상기 평행면과 상기 시트 사이 공간의 거리인 에어 갭의 간격을 변화시켜 노치 필터의 공진 주파수를 조절하는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠파 평행 도파관 센서. The method according to claim 12 or 13,
The resonance frequency of the notch filter is adjusted by changing the interval of the air gap which is the distance between the parallel surfaces of the pair of metal plates and the space between the sheets
Wherein the waveguide is a parallel waveguide.
상기 상부 평행면과 하부 평행면 사이에 존재하는 매질의 굴절률을 변화시켜 노치 필터의 공진 주파수를 조절하는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠파 평행 도파관 센서. The method according to claim 1,
Adjusting the resonance frequency of the notch filter by changing the refractive index of the medium existing between the upper parallel plane and the lower parallel plane
Wherein the waveguide is a parallel waveguide.
상기 슬릿의 길이와 슬릿의 폭을 변화시켜 노치 필터의 공진 주파수를 조절하는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠파 평행 도파관 센서. The method according to claim 1,
Adjusting the resonance frequency of the notch filter by varying the length of the slit and the width of the slit
Wherein the waveguide is a parallel waveguide.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150015385A KR101644799B1 (en) | 2015-01-30 | 2015-01-30 | Terahertz Parallel-Plate Waveguide Sensor |
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| KR1020150015385A KR101644799B1 (en) | 2015-01-30 | 2015-01-30 | Terahertz Parallel-Plate Waveguide Sensor |
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|---|---|
| KR101644799B1 true KR101644799B1 (en) | 2016-08-02 |
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|---|---|
| KR (1) | KR101644799B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101839222B1 (en) * | 2016-08-29 | 2018-03-15 | 한국해양대학교 산학협력단 | Metal Waveguide with Enhanced THz Guiding Properties |
| RU2790924C1 (en) * | 2021-10-25 | 2023-02-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Waveguide with subwavelength focusing for terahertz endoscopy |
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| JP2006184078A (en) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Canon Inc | Detection system for detecting state of electromagnetic wave transmitted through object |
| JP2011169638A (en) * | 2010-02-16 | 2011-09-01 | Sony Corp | Terahertz spectroscopic device, method for manufacturing the same, and terahertz spectrometer |
| KR20130045738A (en) * | 2011-10-26 | 2013-05-06 | 한국해양대학교 산학협력단 | Terahertz filter |
-
2015
- 2015-01-30 KR KR1020150015385A patent/KR101644799B1/en active IP Right Grant
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| Title |
|---|
| John F. O’Hara 등, ‘Thin-film sensing with planar terahertz metamaterials: sensitivity and limitations’, OPTICS EXPRESS, 16권, 1786~1795쪽(2008.02.04.)* * |
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| KR101839222B1 (en) * | 2016-08-29 | 2018-03-15 | 한국해양대학교 산학협력단 | Metal Waveguide with Enhanced THz Guiding Properties |
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