KR101839222B1 - Metal Waveguide with Enhanced THz Guiding Properties - Google Patents
Metal Waveguide with Enhanced THz Guiding Properties Download PDFInfo
- Publication number
- KR101839222B1 KR101839222B1 KR1020160110018A KR20160110018A KR101839222B1 KR 101839222 B1 KR101839222 B1 KR 101839222B1 KR 1020160110018 A KR1020160110018 A KR 1020160110018A KR 20160110018 A KR20160110018 A KR 20160110018A KR 101839222 B1 KR101839222 B1 KR 101839222B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- metal
- waveguide
- metal waveguide
- insulating layer
- terahertz wave
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 276
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 276
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 35
- 230000001788 irregular Effects 0.000 claims description 16
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 claims description 15
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 claims 10
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 claims 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 19
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 16
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 14
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 13
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 12
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 12
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 11
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 6
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 5
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 5
- 239000003570 air Substances 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001328 terahertz time-domain spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000009532 heart rate measurement Methods 0.000 description 2
- FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N hexamethyldisilazane Chemical compound C[Si](C)(C)N[Si](C)(C)C FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 206010017577 Gait disturbance Diseases 0.000 description 1
- 208000031481 Pathologic Constriction Diseases 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 125000000118 dimethyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002940 repellent Effects 0.000 description 1
- 239000005871 repellent Substances 0.000 description 1
- 238000007788 roughening Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 208000037804 stenosis Diseases 0.000 description 1
- 230000036262 stenosis Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3581—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/24—Probes
- G01N29/2462—Probes with waveguides, e.g. SAW devices
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
테라헤르츠 전파 특성 향상을 위한 금속 도파로가 제시된다. 테라헤르츠파 전파 특성 향상을 위한 금속 도파로는, 금속 도파로; 및 상기 금속 도파로의 표면에 코팅되는 절연층을 포함하고, 상기 절연층 내에 전자기파가 집속되어 유도 특성을 향상시킬 수 있다.A metal waveguide for improving the terahertz propagation characteristic is presented. A metal waveguide for improving the terahertz wave propagation characteristic includes a metal waveguide; And an insulating layer coated on the surface of the metal waveguide, wherein electromagnetic waves are concentrated in the insulating layer to improve the induction characteristic.
Description
아래의 실시예들은 테라헤르츠 전파 특성 향상을 위한 금속 도파로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 도파로의 테라헤르츠 전파 특성 향상시키는 기술에 관한 것이다. The following embodiments relate to a metal waveguide for improving a terahertz propagation characteristic, and more particularly to a technique for improving a terahertz propagation characteristic of a metal waveguide.
테라헤르츠파(Terahertz wave)는 마이크로파(microwave)와 광파(light wave)의 중간 영역에 위치하는 근적외선 영역의 전자기파이다. 테라헤르츠파는 0.1 ~ 10 THz 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.Terahertz waves are electromagnetic waves in the near-infrared region located in the mid-region between microwaves and light waves. The terahertz wave has a frequency of about 0.1 to 10 THz 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 characteristic that it easily permeates the substance which can not be transmitted by microwave or light wave and is absorbed well by 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.
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 표면 플라즈몬 현상(Surface Plasmon Polaritons, SPP)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. Therefore, it is possible to analyze the surface plasmon polarizations (SPP) by attaching the structure of the metamaterials to the thin film. However, in the structure in which the structure is bonded on the thin film, the characteristics of the thin film and the terahertz wave (THz).
실시예들은 테라헤르츠 전파 특성 향상을 위한 금속 도파로에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 절연물질로 코팅을 하거나 표면에 거칠기를 형성하여 금속 도파로의 테라헤르츠 전파 특성 향상시키는 기술을 제공한다. Embodiments describe a metal waveguide for improving the propagation characteristics of terahertz. More specifically, the present invention provides a technique for improving the terahertz propagation characteristics of a metal waveguide by coating with an insulating material or by forming roughness on the surface.
실시예들은 이중 금속선 도파로의 표면에 불규칙 또는 규칙적인 거칠기를 형성하고 절연물질로 코팅하여 굴곡진 도파로를 따라 전파되는 테라헤르츠파의 손실을 줄이는 테라헤르츠 전파 특성 향상을 위한 금속 도파로를 제공하는데 있다. Embodiments provide a metal waveguide for improving the terahertz propagation characteristic by reducing irregular or regular roughness on the surface of a double metal waveguide and coating the surface with an insulating material to reduce the loss of terahertz wave propagating along a curved waveguide.
일 실시예에 따른 테라헤르츠파 전파 특성 향상을 위한 금속 도파로는, 금속 도파로; 및 상기 금속 도파로의 표면에 코팅되는 절연층을 포함하고, 상기 절연층 내에 전자기파가 집속되어 유도 특성을 향상시킬 수 있다. A metal waveguide for improving the terahertz wave propagation characteristic according to an embodiment includes a metal waveguide; And an insulating layer coated on the surface of the metal waveguide, wherein electromagnetic waves are concentrated in the insulating layer to improve the induction characteristic.
상기 금속 도파로는, 두 개의 금속선이 소정 간격을 두고 분리 배치되는 이중 금속 도파로일 수 있다. The metal waveguide may be a double metal waveguide in which two metal wires are separated and disposed at a predetermined interval.
상기 금속 도파로는, 상기 두 개의 금속선이 구부러지는 동안 서로 분리된 상태를 유지시키기 위해 상기 두 개의 금속선이 세 개의 테플론 홀더(Teflon holder)에 의해 고정될 수 있다. The metal waveguide may be fixed by three Teflon holders so that the two metal wires are separated from each other while the two metal wires are bent.
상기 금속 도파로는, 표면에 불규칙 또는 규칙적인 거칠기가 형성되어 표면 플라즈몬 현상이 발생되고, 상기 거칠기가 형성된 표면에 상기 절연층이 형성되어 테라헤르츠파의 손실을 줄일 수 있다. In the metal waveguide, irregular or regular roughness is formed on the surface, surface plasmon phenomenon occurs, and the insulating layer is formed on the rough surface, so that the loss of the THz wave can be reduced.
상기 절연층은, 상기 금속 도파로의 표면에 코팅되는 두께에 따라 전자기파의 유도 특성이 변화될 수 있다. The induction characteristic of the electromagnetic wave can be changed according to the thickness of the insulating layer coated on the surface of the metal waveguide.
상기 절연층은, 굴절률에 따라 전자기파의 유도 특성이 변화될 수 있다. In the insulating layer, the induction characteristics of the electromagnetic wave can be changed according to the refractive index.
상기 금속 도파로는, 수평 방향 또는 수직 방향으로 구부러진 굴곡진 도파로로 이루어지며, 상기 금속 도파로의 표면에 형성되는 상기 절연층 및 거칠기 중 적어도 어느 하나 이상에 의해 상기 굴곡진 도파로를 따라 전파되는 테라헤르츠파의 손실을 줄일 수 있다. Wherein the metal waveguide is made of a curved waveguide bent in a horizontal direction or a vertical direction and is made of a terahertz wave propagated along the curved waveguide by at least one of the insulating layer and the roughness formed on the surface of the metal waveguide, Can be reduced.
상기 금속 도파로는, 상기 굴곡진 도파로의 곡률의 최저점에서 직선까지의 거리의 굴곡 깊이(curve depth)가 0mm 내지 30mm이고, 상기 금속 도파로의 길이에 따라 소정의 곡률 반경이 결정될 수 있다. In the metal waveguide, the curve depth of the distance from the lowest point to the straight line of the curvature of the curved waveguide is 0 mm to 30 mm, and a predetermined radius of curvature can be determined according to the length of the metal waveguide.
다른 실시예에 따른 테라헤르츠파 전파 특성 향상을 위한 금속 도파로는, 표면에 거칠기가 형성되는 금속 도파로를 포함하고, 상기 금속 도파로는, 표면 플라즈몬 현상이 발생되어 유도 특성을 향상시킬 수 있다. The metal waveguide for improving the terahertz wave propagation characteristic according to another embodiment includes a metal waveguide whose surface roughness is formed, and the metal waveguide can improve the induction characteristic by generating a surface plasmon phenomenon.
상기 금속 도파로는, 두 개의 금속선이 소정 간격을 두고 분리 배치되는 이중 금속 도파로일 수 있다. The metal waveguide may be a double metal waveguide in which two metal wires are separated and disposed at a predetermined interval.
상기 금속 도파로는, 표면에 불규칙 또는 규칙적인 거칠기가 형성될 수 있다. The metal waveguide may have irregular or regular roughness on its surface.
상기 금속 도파로는, 수평 방향 또는 수직 방향으로 구부러진 굴곡진 도파로로 이루어지며, 상기 금속 도파로의 표면에 형성되는 거칠기에 의해 상기 굴곡진 도파로를 따라 전파되는 테라헤르츠파의 손실을 줄일 수 있다. The metal waveguide is made of a curved waveguide bent in the horizontal direction or the vertical direction and the loss of the terahertz wave propagated along the curved waveguide can be reduced by the roughness formed on the surface of the metal waveguide.
또 다른 실시예에 따른 전파 특성 향상을 위한 금속 도파로는, 두 개의 금속선이 소정 간격을 두고 분리 배치되는 금속 도파로; 및 상기 금속 도파로의 표면에 코팅되는 절연층을 포함하고, 상기 절연층 내에 전자기파가 집속되어 유도 특성을 향상시키며, 상기 금속 도파로는, 수평 방향 또는 수직 방향으로 구부러진 굴곡진 도파로로 이루어지고, 상기 금속 도파로의 표면에 형성되는 상기 절연층에 의해 상기 굴곡진 도파로를 따라 전파되는 마이크로파 또는 광파의 손실을 줄일 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a metal waveguide for improving propagation characteristics, comprising: a metal waveguide in which two metal wires are separated and disposed at a predetermined interval; And an insulating layer coated on a surface of the metal waveguide, wherein the electromagnetic wave is concentrated in the insulating layer to improve an inductive characteristic, and the metal waveguide comprises a bent waveguide bent in a horizontal direction or a vertical direction, The loss of microwave or light wave propagated along the curved waveguide can be reduced by the insulating layer formed on the surface of the waveguide.
상기 금속 도파로는, 표면에 불규칙 또는 규칙적인 거칠기가 형성되어 표면 플라즈몬 현상이 발생되고, 상기 거칠기가 형성된 표면에 상기 절연층이 형성되어 상기 마이크로파 또는 광파의 손실을 줄일 수 있다. In the metal waveguide, irregular or regular roughness is formed on the surface, surface plasmon phenomenon occurs, and the insulating layer is formed on the rough surface, so that the loss of the microwave or light wave can be reduced.
실시예들에 따르면 이중 금속선 도파로의 표면을 절연물질로 코팅함으로써 굴곡진 도파로를 따라 전파되는 테라헤르츠파의 손실을 줄이는 금속 도파로를 제공할 수 있다. According to embodiments, the surface of the double metal line waveguide may be coated with an insulating material to provide a metal waveguide that reduces the loss of the terahertz wave propagating along the curved waveguide.
실시예들에 따르면 이중 금속선 도파로의 표면에 불규칙 또는 규칙적인 거칠기를 형성함으로써 표면 거칠기에 의해 표면 플라즈몬 현상이 발생되어 유도 특성을 향상되는 금속 도파로를 제공할 수 있다. According to the embodiments, it is possible to provide a metal waveguide in which irregular or regular roughness is formed on the surface of a double metal line waveguide, surface plasmon phenomenon occurs due to surface roughness, and induction characteristics are improved.
실시예들에 따르면 이중 금속선 도파로의 표면에 불규칙 또는 규칙적인 거칠기를 형성한 후, 금속 도파로의 표면에 절연물질을 코팅하여 유도 특성이 더욱 향상시킬 수 있는 금속 도파로를 제공할 수 있다. According to the embodiments, it is possible to provide a metal waveguide in which an irregular or regular roughness is formed on the surface of a double metal waveguide, and then an insulating material is coated on the surface of the metal waveguide to further improve the induction characteristic.
도 1은 일 실시예에 따른 금속 도파로의 유도 특성 측정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 두 개의 굴곡진 금속선을 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 실리콘 바니쉬 스프레이의 테라헤르츠 시간 도메인 분광법 측정을 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 코팅되지 않은 매끄러운 표면 및 거친 표면의 두 개의 금속선의 THz 측정 및 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 절연물질이 코팅된 매끄러운 표면과 거친 표면의 금속선에 대한 THz 펄스와 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 테라헤르츠 펄스의 정규화된 피크-투-피크(peak-to-peak) 진폭을 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 금속선 표면의 조건에 따라 나타나는 진폭 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 코팅되지 않은 매끄러운 표면의 두 개의 굴곡진 금속선의 주변의 테라헤르츠 필드 패턴을 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 두 개의 금속선의 굴곡 위치에 따른 테라헤르츠 필드 분포를 나타내는 도면이다. FIG. 1 is a view for explaining measurement of an inductive characteristic of a metal waveguide according to an embodiment.
2 is a view of two curved metal lines according to one embodiment.
3 is a diagram illustrating a terahertz time domain spectroscopy measurement of a silicone varnish spray according to one embodiment.
4 is a diagram showing THz measurements and spectra of two metal lines of an uncoated smooth surface and a rough surface according to one embodiment.
Figure 5 is a plot of THz pulses and spectrum for a smooth surface coated with an insulating material and a metal wire of a rough surface according to one embodiment.
Figure 6 is a plot of normalized peak-to-peak amplitude of a terahertz pulse in accordance with one embodiment.
FIG. 7 is a view for explaining an amplitude change according to a condition of a metal wire surface according to an embodiment. FIG.
8 is a diagram illustrating a terahertz field pattern around two curved metal lines of an uncoated smooth surface according to one embodiment.
9 is a view showing a terahertz field distribution according to a bending position of two metal wires according to an embodiment.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments described may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited by the embodiments described below. In addition, various embodiments are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. The shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for clarity.
테라헤르츠파가 금속면을 따라 전파된다는 사실이 알려졌으나 테라헤르츠파가 거의 금속의 표면에만 결합되어 전파되는 관계로 금속선(또는 면)이 굴곡진 금속선인 경우 금속선에 유도되지 않고 대부분 공기 중으로 전파되어 손실이 매우 크다. 이러한 이유로 테라헤르츠파를 이용한 통신이나 센서의 개발에 걸림돌이 되었다. It is known that terahertz wave propagates along the metal surface. However, when terahertz waves are propagated only on the surface of metal, the metal wire (or the surface) is not guided to the metal wire if it is a bent metal wire. The loss is very large. For this reason, it has become a stumbling block in the development of communication and sensors using terahertz waves.
최근까지 테라헤르츠파를 금속선 도파로를 이용하여 장거리로 전송하기 위해 금속선은 직선의 형태를 가져야 했다. 금속선이 굴곡진 경우 테라헤르츠파를 전송하기 위해 수십 m 이상의 큰 곡률 반경이 요구된다. 하지만 아래의 실시예들에 따르면 직선뿐 아니라 곡률 반경이 수십 cm로 작은 곡선 부분의 금속선도 손실이 거의 없이 유도될 수 있다. Until recently, metal wires had to be straight in order to transmit terahertz waves over long distances using metal wire waveguides. When the metal wire is bent, a large radius of curvature of several tens of meters or more is required to transmit the terahertz wave. However, according to the embodiments described below, not only a straight line but also a metal line of a curved portion having a curvature radius of several tens of cm can be induced with little loss.
아래의 실시예들은 금속 도파로의 테라헤르츠 전파 특성 향상에 관한 것으로, 이중 금속선 도파로(구리선)의 표면에 불규칙 또는 규칙적인 거칠기를 만들고 절연물질로 코팅을 함으로써 굴곡진 도파로를 따라 전파되는 테라헤르츠파의 손실을 줄이는 기술을 제공할 수 있다.
The following embodiments relate to the improvement of the terahertz propagation characteristics of a metal waveguide, in which an irregular or regular roughness is formed on the surface of a double metal line waveguide (copper wire), and the surface is coated with an insulating material to form a terahertz wave propagating along a curved waveguide It is possible to provide a technique for reducing loss.
도 1은 일 실시예에 따른 금속 도파로의 유도 특성 측정을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 1 is a view for explaining measurement of an inductive characteristic of a metal waveguide according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 두 개의 금속선의 선 중심 간 거리가 1 mm 정도이고, Rx 칩 측에는 다이폴 안테나에 의해 가깝게 접촉되는 텅스텐 프로브 팁이 형성될 수 있다. 그리고 CST 소프트웨어를 이용하여 시뮬레이션 된 테라헤르츠 필드 분포 패턴을 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 1, a tungsten probe tip may be formed on the Rx chip side by a dipole antenna so that the distance between the centers of the two metal wires is about 1 mm. The CST software can be used to represent a simulated terahertz field distribution pattern.
일 실시예에 따른 테라헤르츠파 전파 특성 향상을 위한 금속 도파로는 금속 도파로 및 절연층을 포함하여 이루어질 수 있다. The metal waveguide for improving the terahertz wave propagation characteristic according to an exemplary embodiment may include a metal waveguide and an insulating layer.
금속 도파로는 소정 간격을 두고 배치되는 두 개의 금속선으로 이루어질 수 있다. 예컨대 두 개의 금속선은 선 중심 사이가 1mm 분리 배치되는 이중 금속 도파로일 수 있다. 이 경우, 각 금속선의 지름이 0.5mm 정도 될 수 있다. 즉, 대략 두 개의 금속선의 지름의 합이 두 개의 금속선 사이의 거리가 될 수 있다. 예를 들어 금속선의 지름이 1mm인 경우, 두 개의 금속선 사이의 거리는 2mm 정도가 될 수 있다. 이와 같이 금속선의 지름이 커질수록 두 개의 금속선 사이의 간격도 커질 수 있다. The metal waveguide may be composed of two metal wires arranged at predetermined intervals. For example, the two metal lines may be double metal waveguides with 1 mm separation between the line centers. In this case, each metal wire may have a diameter of about 0.5 mm. That is, the sum of the diameters of approximately two metal lines can be the distance between two metal lines. For example, if the metal wire has a diameter of 1 mm, the distance between the two metal wires can be about 2 mm. Thus, the larger the diameter of the metal wire, the larger the distance between the two metal wires.
여기에서 두 개의 금속선이 구부러지는 동안 서로 분리된 상태를 유지시키기 위해 두 개의 금속선이 복수의 테플론 홀더(Teflon holder)에 의해 고정될 수 있다. 예컨대 테플론 홀더(Teflon holder)는 세 개가 사용될 수 있으며, 두 개의 금속선의 상부(top)(A), 중간부(middle)(B), 및 하부(bottom)(C)면에 배치될 수 있다. Here, two metal wires can be fixed by a plurality of Teflon holders to keep the two metal wires separated from each other while being bent. For example, three Teflon holders may be used and may be disposed on the top (A), middle (B), and bottom (C) sides of the two metal lines.
예를 들어 두 개의 금속선이 구부러지는 동안 서로 1mm 분리된 상태를 유지시키기 위해 테플론 홀더(Teflon holder)를 두 개의 금속선의 상부, 중간부, 및 하부면에 배치시킬 수 있다. For example, a Teflon holder may be placed on the top, middle, and bottom sides of two metal lines to maintain a 1 mm separation from each other while the two metal lines are bent.
한편, 금속 도파로는 수신(Rx) 측과 송신(Tx) 측 간의 이동 시 수평 방향으로 자연스럽게 구부러진 굴곡진 도파로로 이루어질 수 있다. 여기에서 금속 도파로는 수직 방향으로 구부러지거나 적어도 일측 방향으로 구부러진 굴곡진 도파로로 이루어질 수 있다. 이에 따라 금속 도파로의 표면에 형성되는 절연층 및 거칠기 중 적어도 어느 하나 이상에 의해 굴곡진 도파로를 따라 전파되는 테라헤르츠파의 손실을 줄일 수 있다. 이때, 굴곡진 도파로를 따라 전파되는 테라헤르츠파의 손실을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 마이크로파(microwave) 또는 광파(light wave)의 경우에도 상기의 도파로를 이용하여 그 손실을 줄일 수 있다. On the other hand, the metal waveguide may be a curved waveguide that naturally curves in the horizontal direction when moving between the reception (Rx) side and the transmission (Tx) side. Here, the metal waveguide may be formed of a bent waveguide bent in the vertical direction or bent in at least one direction. Accordingly, the loss of the THz wave propagated along the bent waveguide can be reduced by at least one of the insulating layer and the roughness formed on the surface of the metal waveguide. At this time, not only the loss of the terahertz wave propagating along the curved waveguide can be reduced but also the loss can be reduced by using the waveguide even in the case of a microwave or a light wave.
여기에서, 굴곡진 도파로의 곡률의 최저점에서 직선까지의 거리의 굴곡 깊이(curve depth)는 0mm 내지 30mm일 수 있다. 이때, 금속 도파로의 길이에 따라 소정의 곡률 반경이 결정될 수 있다. 즉, 최대 곡률(30mm)은 금속 도파로의 길이에 따라 결정되며, 곡률 반경이 중요한 요소(fact)가 될 수 있다. Here, the curve depth of the distance from the lowest point of the curvature of the curved waveguide to the straight line may be 0 mm to 30 mm. At this time, a predetermined radius of curvature can be determined according to the length of the metal waveguide. That is, the maximum curvature (30 mm) is determined by the length of the metal waveguide, and the radius of curvature can be an important fact.
예를 들어 금속 도파로의 길이가 17cm인 경우 최대 30mm 까지 곡률 깊이를 형성할 수 있다. 이와 같이 금속 도파로의 길이가 길어지는 경우 곡률 깊이 또한 커질 수 있으며, 이와 반대로 금속 도파로의 길이가 작아지는 경우 곡률 깊이는 작아질 수 있다. 절연층은 금속 도파로의 표면에 절연물질이 코팅되어 형성되는 것으로, 절연층 내에 전자기파가 집속되어 유도 특성을 향상시킬 수 있다. For example, if the length of the metal waveguide is 17 cm, a curvature depth of up to 30 mm can be formed. The longer the length of the metal waveguide, the larger the curvature depth. On the other hand, the smaller the length of the metal waveguide, the smaller the curvature depth. The insulating layer is formed by coating the surface of the metal waveguide with an insulating material, so that electromagnetic waves are concentrated in the insulating layer to improve the induction characteristic.
예컨대, 절연층은 실리콘 바니쉬 스프레이(silicone varnish spray)(Nabakem, S-830)를 이용하여 형성할 수 있다. 절연층 형성을 위해 스프레이형 물질을 사용하는 경우 금속선의 표면의 형태 및 거칠기 등에 제약 없이 용이하게 코팅될 수 있다. 이 경우, 구리선을 팽팽하게 한 후, 코팅되는 두께를 유지하도록 회전시켜 20 ~ 30cm 거리에서 스프레이 코팅을 통해 절연층을 형성할 수 있다. 코팅된 절연층의 두께를 두껍게 하기 위해서 이전 절연층을 건조시킨 후 여러 번 코팅 작업을 수행할 수 있다. For example, the insulating layer can be formed using a silicone varnish spray (Nabakem, S-830). When a spray-type material is used for the formation of the insulating layer, it can be easily coated without any restriction on the shape and roughness of the surface of the metal wire. In this case, after the copper wire is tightened, the insulation layer can be formed by spray coating at a distance of 20 to 30 cm by rotating the copper wire so as to maintain the coated thickness. In order to increase the thickness of the coated insulating layer, it is possible to perform the coating operation several times after drying the previous insulating layer.
이러한 절연층은 금속 도파로의 표면에 코팅되는 두께에 따라 전자기파의 유도 특성이 변화될 수 있다. 즉, 절연층은 코팅의 두께가 두꺼울수록 전자기파의 유도 특성이 뛰어나다.Such an insulating layer can change the guiding characteristics of the electromagnetic wave depending on the thickness of the layer coated on the surface of the metal waveguide. That is, as the thickness of the insulating layer is thicker, the electromagnetic wave induction characteristic is excellent.
또한, 절연층은 굴절률에 따라 전자기파의 유도 특성이 변화될 수 있다. 즉, 절연층은 코팅의 굴절률이 클수록 전자기파의 유도 특성이 뛰어나다.Further, the induction characteristic of the electromagnetic wave can be changed in accordance with the refractive index of the insulating layer. That is, as the refractive index of the coating is larger, the insulating layer has better electromagnetic wave induction characteristics.
실시예에 따르면 이중 금속선 도파로의 표면을 절연물질로 코팅함으로써 굴곡진 도파로를 따라 전파되는 테라헤르츠파의 손실을 줄이는 금속 도파로를 제공할 수 있다. According to the embodiment, the surface of the double metal line waveguide is coated with an insulating material to provide a metal waveguide that reduces the loss of the terahertz wave propagating along the bent waveguide.
더욱이, 금속 도파로는 표면에 거칠기가 형성될 수 있다. 금속 도파로의 표면을 거칠게 처리한 후, 금속 도파로의 표면에 절연물질을 코팅하는 경우 유도 특성이 더욱 향상된다. Furthermore, the surface of the metal waveguide may be rough. When the surface of the metal waveguide is roughened and then the surface of the metal waveguide is coated with an insulating material, the induction characteristic is further improved.
금속 도파로의 표면에 거칠기를 형성하기 위해 사포 등을 이용할 수 있다. 예를 들어, 코팅되지 않은 거친 표면의 금속선을 2000 그릿(grit)의 사포를 사용하여 매끄러운 표면을 문질러(rubbing) 거칠기가 형성된 금속 도파로를 형성할 수 있다. 이때 금속선을 두 조각의 사포 사이에 넣은 후, 금속선의 모든 표면이 거칠어질 때까지 4회 또는 5회 정도 문지를 수 있다.Sandpaper or the like may be used to form roughness on the surface of the metal waveguide. For example, a metal wire of an uncoated rough surface can be rubbed on a smooth surface using sandpaper of 2000 grit to form a rough-formed metal waveguide. At this time, the metal wire is sandwiched between two pieces of sandpaper and rubbed about 4 times or 5 times until all the surface of the metal wire becomes rough.
금속 도파로에 불규칙 또는 규칙적인 거칠기가 형성됨으로써 표면 플라즈몬 현상이 발생되어 유도 특성을 향상시킬 수 있다. Irregular or regular roughness is formed in the metal waveguide, so that the surface plasmon phenomenon occurs and the induction characteristic can be improved.
금속 도파로는 거칠기가 없는 경우보다 거칠기가 있는 경우 유도 특성이 뛰어나다. 그리고 금속 도파로의 표면 거칠기는 규칙적이지 않은 경우에도 유도 특성을 가지고 있다. The metal waveguide has excellent induction characteristics when roughness is present than when no roughness is present. And surface roughness of metal waveguide has induction characteristics even when it is not regular.
이와 같이, 실시예에 따르면 이중 금속선 도파로의 표면에 불규칙 또는 규칙적인 거칠기를 형성한 후 금속 도파로의 표면에 절연물질을 코팅하여 유도 특성이 더욱 향상시킬 수 있는 금속 도파로를 제공할 수 있다.
As described above, according to the embodiment, it is possible to provide a metal waveguide in which an irregular or regular roughness is formed on the surface of a double metal line waveguide, and then an insulating material is coated on the surface of the metal waveguide to further improve the inductive characteristics.
다른 실시예에 따른 테라헤르츠파 전파 특성 향상을 위한 금속 도파로는 표면에 거칠기가 형성되는 금속 도파로를 포함하여 이루어질 수 있다. The metal waveguide for improving the terahertz wave propagation characteristic according to another embodiment may include a metal waveguide whose surface roughness is formed.
금속 도파로는 소정 간격을 두고 배치되는 두 개의 금속선으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 두 개의 금속선은 선 중심 사이가 1mm 분리 배치되는 이중 금속 도파로일 수 있다. The metal waveguide may be composed of two metal wires arranged at predetermined intervals. For example, the two metal lines may be double metal waveguides with 1 mm separation between the line centers.
여기에서 두 개의 금속선이 구부러지는 동안 서로 1mm 분리된 상태를 유지시키기 위해 두 개의 금속선이 복수의 테플론 홀더(Teflon holder)에 의해 고정될 수 있다. 예컨대 테플론 홀더(Teflon holder)는 세 개가 사용될 수 있으며, 두 개의 금속선의 상부(top)(A), 중간부(middle)(B), 및 하부(bottom)(C)면에 배치될 수 있다. Here, two metal wires can be secured by a plurality of Teflon holders to maintain a 1 mm separation from each other while the two metal wires are bent. For example, three Teflon holders may be used and may be disposed on the top (A), middle (B), and bottom (C) sides of the two metal lines.
한편, 금속 도파로는 수평 방향으로 구부러진 굴곡진 도파로로 이루어질 수 있으며, 또한 금속 도파로는 수직 방향으로 구부러진 굴곡진 도파로로 이루어질 수도 있다. 이에 따라 금속 도파로의 표면에 형성되는 거칠기에 의해 굴곡진 도파로를 따라 전파되는 테라헤르츠파의 손실을 줄일 수 있다. The metal waveguide may be a curved waveguide bent in a horizontal direction, and the metal waveguide may be a curved waveguide bent in a vertical direction. Accordingly, the loss of the terahertz wave propagated along the bent waveguide can be reduced by the roughness formed on the surface of the metal waveguide.
여기에서, 굴곡진 도파로의 곡률의 최저점에서 직선까지의 거리의 굴곡 깊이(curve depth)는 0mm 내지 30mm일 수 있다. Here, the curve depth of the distance from the lowest point of the curvature of the curved waveguide to the straight line may be 0 mm to 30 mm.
이러한 금속 도파로는 불규칙 또는 규칙적인 거칠기가 형성됨으로써 표면 플라즈몬 현상이 발생되어 유도 특성을 향상시킬 수 있다.Such a metal waveguide may have surface irregularity or irregular roughness, thereby generating a surface plasmon phenomenon and improving the induction characteristic.
실시예에 따르면 이중 금속선 도파로의 표면에 불규칙 또는 규칙적인 거칠기를 형성함으로써 표면 거칠기에 의해 표면 플라즈몬 현상이 발생되어 유도 특성을 향상되는 금속 도파로를 제공할 수 있다.
According to the embodiment, irregular or regular roughness is formed on the surface of the double metal line waveguide, so that surface plasmon phenomenon occurs due to surface roughness, thereby providing a metal waveguide having improved induction characteristics.
또 다른 실시예에 따른 전파 특성 향상을 위한 금속 도파로는 금속 도파로 및 절연층을 포함하여 이루어질 수 있다. 이때, 금속 도파로의 표면에 형성되는 절연층에 의해 굴곡진 도파로를 따라 전파되는 마이크로파(microwave) 또는 광파(light wave)의 손실을 줄일 수 있다. 이러한 또 다른 실시예에 따른 전파 특성 향상을 위한 금속 도파로는 앞에서의 설명과 중복되므로 간단히 설명하기로 한다. The metal waveguide for improving the propagation characteristics according to another embodiment may include a metal waveguide and an insulating layer. At this time, loss of microwaves or light waves propagated along the bent waveguide can be reduced by the insulating layer formed on the surface of the metal waveguide. The metal waveguide for improving the propagation characteristics according to another embodiment of the present invention will be briefly described because it overlaps with the above description.
금속 도파로는 두 개의 금속선이 소정 간격을 두고 분리 배치될 수 있다. 그리고 금속 도파로는 수평 방향 또는 수직 방향으로 구부러진 굴곡진 도파로로 이루어질 수 있다. In the metal waveguide, two metal wires may be separately arranged at a predetermined interval. The metal waveguide may be a curved waveguide bent in a horizontal direction or a vertical direction.
절연층은 금속 도파로의 표면에 코팅될 수 있으며, 절연층 내에 전자기파가 집속되어 유도 특성을 향상시킬 수 있다. The insulating layer can be coated on the surface of the metal waveguide, and the electromagnetic wave can be focused in the insulating layer to improve the induction characteristic.
여기에서 금속 도파로는 표면에 불규칙 또는 규칙적인 거칠기가 형성되어 표면 플라즈몬 현상이 발생되고, 거칠기가 형성된 표면에 절연층이 형성됨으로써 마이크로파 또는 광파의 손실을 더욱 더 줄일 수 있다. Here, irregular or regular roughness is formed on the surface of the metal waveguide, surface plasmon phenomenon occurs, and an insulating layer is formed on the rough surface, so that the loss of microwave or light wave can be further reduced.
기존에는 금속선이 굴곡진 경우 테라헤르츠파를 전송하기 위해 수십 m 이상의 큰 곡률 반경이 요구된다. 실시예들에 따르면 직선뿐 아니라 곡률 반경이 수십 cm로 작은 곡선 부분의 금속선도 손실이 거의 없이 유도될 수 있다. Conventionally, when a metal wire is bent, a large radius of curvature of several tens of meters or more is required to transmit a terahertz wave. According to the embodiments, not only a straight line but also a metal line of a curved portion having a curvature radius of several tens of cm can be induced with little loss.
이와 같이, 실시예들에 따르면 금속 도파로의 표면을 거칠게 처리함으로써 표면 플라즈몬 현상(Surface Plasmon Polaritons, SPP)이 발생되어 유도 특성을 향상시키고, 표면을 거칠게 처리한 후 금속 도파로의 표면에 절연물질을 코팅하여 전자기파가 코팅 물질 내에 집속되어 유도 특성을 향상시킬 수 있다.
As described above, according to the embodiments, the surface of the metal waveguide is roughened to generate surface plasmon polarizations (SPP), thereby improving the induction characteristics. After roughing the surface, the surface of the metal waveguide is coated with an insulating material So that the electromagnetic wave can be focused in the coating material to improve the induction characteristic.
아래에서는 곡률이 서로 다른 2개의 금속선(two-wire line)의 유도 특성(guiding properties)(또는 전파 특성)을 비교하기 위해 하나의 실험을 수행할 수 있다. In the following, one experiment can be performed to compare the guiding properties (or propagation characteristics) of two two-wire lines of different curvature.
두 개의 텅스텐 프로브 팁(probe tip)은 광 실리콘-온-사파이어(photoconductive silicon-on-sapphire, SOS) 칩 상에 장착된 다이폴 안테나에 직접적으로 연결될 수 있다. 여기에서 텅스텐 프로브는 0.5 mm의 직경으로 이루어지고, 25 mm의 길이를 가질 수 있다. 프로브의 일단은 10 μｍ 직경의 프로브 팁에 끝단은 5 mm의 긴 원추형 테이퍼로 이루어질 수 있다. SOS 칩은 프로브 팁과 접촉하는 0.5 μｍ의 두께의 실리콘 표면을 가질 수 있다. SOS 다이폴 안테나와 텅스텐 프로브 팁들은 두 개의 전도성 구조를 가지고 있기 때문에 다이폴 안테나로부터 형성되는 TEM 모드의 필드 패턴(전계 패턴)은 프로브 팁들에 의해 연결된 필드 패턴과 매우 유사하다. 따라서 다이폴 안테나와 프로브 팁들의 결합 효율이 우수할 것이다. Two tungsten probe tips can be connected directly to a dipole antenna mounted on a photoconductive silicon-on-sapphire (SOS) chip. Wherein the tungsten probe has a diameter of 0.5 mm and can have a length of 25 mm. One end of the probe can be made of a 10 μm diameter probe tip and the end can be made of a 5 mm long conical taper. The SOS chip may have a 0.5 μm thick silicon surface in contact with the probe tip. Since the SOS dipole and tungsten probe tips have two conductive structures, the TEM mode field pattern (field pattern) formed from the dipole antenna is very similar to the field pattern connected by the probe tips. Therefore, the coupling efficiency between the dipole antenna and the probe tips will be excellent.
한편, 프로브 팁들의 반대측과 두 개의 금속선의 단면은 약 100 μｍ의 공극으로 밀접하게 이격될 수 있다. 프로브 및 금속선은 동일한 직경과 동일한 전파 모드를 갖고 있기 때문에 테라헤르츠파는 공극을 가로질러 전파될 수 있다. 두 개의 금속선 주변의 테라헤르츠 필드(THz field)의 분포는 CST 소프트웨어를 이용하여 시뮬레이션 할 수 있다. 강력한 테라헤르츠 필드의 패턴은 다이폴 안테나의 간격에서의 테라헤르츠 필드의 패턴과 같이 두 개의 금속선 사이에 위치할 수 있다. On the other hand, the opposite sides of the probe tips and the cross-sections of the two metal lines can be closely spaced with a gap of about 100 μm. Because probes and metal wires have the same diameter and the same propagation mode, the terahertz wave can propagate across the pore. The distribution of the THz field around the two metal lines can be simulated using CST software. The pattern of a strong terahertz field can be located between two metal lines, such as a pattern of terahertz fields in the dipole antenna spacing.
SOS 칩은 광 투과성이므로 레이저 빔이 칩의 후면의 안테나에 도달할 수 있다. 다이폴 안테나의 송신기(Tx)와 수신기(Rx)는 프로브 팁들의 사이에 위치하고 있기 때문에 테라헤르츠 펄스(THz pulse)를 송신기(Tx)의 라인(line)들 또는 수신기(Rx)의 라인들로부터 효율적으로 결합시킬 수 있다. Since the SOS chip is light transmissive, the laser beam can reach the antenna at the back of the chip. Since the transmitter Tx and the receiver Rx of the dipole antenna are located between the probe tips, a THz pulse can be efficiently transmitted from the lines of the transmitter Tx or from the lines of the receiver Rx .
여기에서 0.5 mm의 직경과 20cm의 길이를 가진 구리(Cu) 선이 전파 측정을 위해 사용될 수 있다. 두 개의 구리선은 선 중심 사이가 1mm 정도 분리되어 배치될 수 있으며, 두 개의 구리선은 25mm의 직경의 적어도 하나 이상의 테플론 홀더(Teflon holder)에 의해 고정될 수 있다. 이때, 세 개의 테플론 홀더가 사용될 수 있다. Here copper (Cu) wires with a diameter of 0.5 mm and a length of 20 cm can be used for radio wave measurements. The two copper wires can be arranged to be separated by about 1 mm between the line centers, and the two copper wires can be fixed by at least one Teflon holder having a diameter of 25 mm. At this time, three Teflon holders can be used.
테플론 홀더는 두 가장자리가 5mm의 두께로 이루어지고 17cm의 길이에서 분리될 수 있다. 그리고 테플론 홀더의 중심은 3mm의 두께를 가지며 광 테이블에 부착되지 않으며, 두 개의 금속선이 구부러지는 동안 서로 1mm 정도 분리된 상태를 유지시키기 위해 사용될 수 있다.
The Teflon holder has a 5 mm thickness on both edges and can be separated by a length of 17 cm. The center of the Teflon holder has a thickness of 3 mm and is not attached to the optical table and can be used to maintain a separation of 1 mm from each other while the two metal wires are bent.
도 2는 일 실시예에 따른 두 개의 굴곡진 금속선을 나타내는 도면이다. 2 is a view of two curved metal lines according to one embodiment.
도 2를 참조하면, 30mm의 굴곡 깊이(curve depth)를 가진 두 개의 굴곡진 금속선(curved two wire line)의 평면도를 나타낸다. Referring to FIG. 2, there is shown a top view of two curved two wire lines with a curvature depth of 30 mm.
두 개의 금속선은 수직(z축 방향)으로 1mm 정도 분리되어 배치될 수 있다. The two metal wires may be arranged separately by about 1 mm in the vertical (z-axis direction).
광섬유로 구성되는 Rx 칩, Rx 텅스텐 프로브, Rx 테프론 홀더 등의 수신(Rx)부와 송신(Tx) 측 간의 이동 시, 두 개의 금속선이 수평(y) 방향으로 자연스럽게 구부러져 있을 수 있다. Two metal wires may naturally bend in the horizontal (y) direction when moving between the receiving (Rx) portion and the transmitting (Tx) side of the Rx chip, Rx tungsten probe, Rx teflon holder,
굴곡 깊이(curve depth)는 곡률의 최저점에서 직선까지의 거리로 정의할 수 있다. 테라헤르츠 시간 도메인 펄스(THz time-domain pulse)는 코팅되지 않은 매끄러운 표면의 금속선(uncoated smooth line), 코팅되지 않은 거친 표면의 금속선(uncoated rough line), 코팅된 매끄러운 표면의 금속선(coated smooth line), 및 코팅된 거친 표면의 금속선(coated rough line)에서 굴곡 깊이 5mm마다 측정될 수 있다.
The curve depth can be defined as the distance from the lowest point of curvature to the straight line. The THz time-domain pulse is an uncoated smooth line, an uncoated rough line, a coated smooth line, , And a coated rough line of the coated rough surface every 5 mm of curvature depth.
도 3은 일 실시예에 따른 실리콘 바니쉬 스프레이의 테라헤르츠 시간 도메인 분광법 측정을 나타내는 도면이다. 3 is a diagram illustrating a terahertz time domain spectroscopy measurement of a silicone varnish spray according to one embodiment.
도 3에 도시된 바와 같이, (a) 전력 흡수 및 (b) 실리콘의 굴절률은 테라헤르츠 시간 도메인 분광법(THz-TDS) 시스템을 사용하여 측정할 수 있다. As shown in FIG. 3, (a) power absorption and (b) refractive index of silicon can be measured using a THz-TDS (Terahertz Time Domain Spectroscopy) system.
실리콘 바니쉬 스프레이(silicone varnish spray)(Nabakem, S-830)는 발수성 및 절연 코팅제로 사용되는 것으로, 두 개의 금속선의 표면을 코팅하기 위해 사용될 수 있다. Silicone varnish spray (Nabakem, S-830), which is used as a water repellent and insulating coating, can be used to coat the surfaces of two metal wires.
341(±) μｍ의 두께를 가진 실리콘은 테플론 플레이트의 절반에 도포될 수 있다. 코팅되지 않은 또는 코팅된 테프론 플레이트 표면을 통해 테라헤르츠 펄스는 각각 기준 및 출력 신호를 측정할 수 있다. Silicon with a thickness of 341 (±) μm can be applied to half of the Teflon plate. Through the uncoated or coated Teflon plate surface, terahertz pulses can measure the reference and output signals, respectively.
이러한 측정에 사용되는 실리콘 바니쉬 스프레이(silicone varnish spray)는 단일 물질이 아니다. 예컨대, 실리콘 바니쉬 스프레이(silicone varnish spray)는 헥사메틸디실라젠(hexamethyldisilazane)과 디메틸 실리콘(dimethyl silicone)과 같은 적어도 두 가지 물질의 화학적 혼합물로 이루어질 수 있다.The silicone varnish spray used for this measurement is not a single substance. For example, a silicone varnish spray may be made of a chemical mixture of at least two materials, such as hexamethyldisilazane and dimethyl silicone.
유전체 특성은 기존의 로렌츠 모델(Lorentz model)을 따르지는 않지만, 이 측정에 사용된 저주파의 범위 내에서 전력 흡수 및 반사 지수는 매우 작다. 0.5 THz의 주파수에서 전력 흡수 및 굴절률은 각각 5.3cm-1 및 1.8이다. Dielectric properties do not follow the conventional Lorentz model, but the power absorption and reflection indexes are very small within the low frequency range used for this measurement. At a frequency of 0.5 THz, the power absorption and refractive index are 5.3 cm < -1 > and 1.8, respectively.
실리콘의 특성은 고분자 물질(polymer materials)과 유사하다. 이 측정에 사용되는 실리콘은 스프레이형 물질이므로 금속선의 표면의 형태에 제약 없이 용이하게 코팅될 수 있다. The properties of silicon are similar to those of polymer materials. Since the silicon used in this measurement is a spray-like material, it can be easily coated without any restriction on the shape of the surface of the metal wire.
구리선을 팽팽하게 한 후, 코팅되는 두께를 유지하도록 회전시켜 20 ~ 30cm 거리에서 스프레이 코팅을 통해 절연층을 형성할 수 있다. 코팅된 절연층의 두께를 두껍게 하기 위해서 이전 절연층을 건조시킨 후 여러 번 코팅 작업을 수행할 수 있다.
After the copper wire is tightened, the insulating layer can be formed by spray coating at a distance of 20 to 30 cm by rotating it to maintain the coated thickness. In order to increase the thickness of the coated insulating layer, it is possible to perform the coating operation several times after drying the previous insulating layer.
도 4는 일 실시예에 따른 코팅되지 않은 매끄러운 표면 및 거친 표면의 두 개의 금속선의 THz 측정 및 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 4 is a diagram showing THz measurements and spectra of two metal lines of an uncoated smooth surface and a rough surface according to one embodiment.
더 구체적으로, 도 4a는 코팅되지 않은 매끄러운 표면의 두 개의 금속선에서의 THz 측정을 나타내며, 도 4b는 도 4a의 스펙트럼을 나타낸다. 그리고 도 4c는 코팅되지 않은 거친 표면의 두 개의 금속선에서의 THz 측정을 나타내며, 도 4d는 도 4c의 스펙트럼을 나타낸다.More specifically, Figure 4a shows THz measurements on two metal lines of an uncoated smooth surface, and Figure 4b shows the spectrum of Figure 4a. And Figure 4c shows THz measurements on two metal lines of the uncoated rough surface, and Figure 4d shows the spectrum of Figure 4c.
금속선의 표면을 각각 매끄러운 표면과 거친 표면을 가지도록 하여, 코팅되지 않은 매끄러운 표면의 두 개의 금속선과 코팅되지 않은 거친 표면의 두 개의 금속선의 두 종류로 제조할 수 있다. Two types of metal wires can be fabricated, each having a smooth surface and a rough surface, with two metal wires on an uncoated smooth surface and two metal wires on an uncoated rough surface.
코팅되지 않은 매끄러운 표면의 금속선으로는 연마되지 않고 매끄러운 표면을 가진 금속선이 사용될 수 있다. 또한, 코팅되지 않은 거친 표면의 금속선은 2000 그릿(grit)의 사포를 사용하여 매끄러운 표면을 문질러(rubbing) 제조할 수 있다. 각 금속선을 두 조각의 사포 사이에 넣은 후, 금속선의 모든 표면이 거칠어질 때까지 4회 또는 5회 정도 문지를 수 있다. 한편, 도 4b 및 도 4d에는 금속선의 표면의 예를 나타내고 있다. Metal lines with smooth surfaces that are not coated may not be polished with metal lines with smooth surfaces. In addition, metal lines of uncoated rough surfaces can be prepared by rubbing a smooth surface using sandpaper of 2000 grit. After each metal wire is sandwiched between two pieces of sandpaper, it can be rubbed about 4 or 5 times until all the surface of the metal wire becomes rough. On the other hand, Figs. 4B and 4D show examples of the surface of the metal wire.
도 4a는 코팅되지 않은 매끄러운 표면의 금속선의 서로 다른 굴곡 깊이와 테라헤르츠 펄스를 나타낸다. 0mm(직선) 및 30mm의 굴곡 깊이를 가진 테라헤르츠 펄스 사이의 피크-투-피크(peak-to-peak) 진폭의 차이는 각각 396 및 203 pA이다. 30mm의 굴곡 곡선에서의 피크-투-피크(peak-to-peak) 진폭은 0mm의 굴곡 깊이에 비하여 49 %로 감소될 수 있다. Figure 4a shows the different curvature depths and terahertz pulses of the metal lines of the uncoated smooth surface. The difference in peak-to-peak amplitude between terahertz pulses with 0 mm (straight line) and a 30 mm curvature depth is 396 and 203 pA, respectively. The peak-to-peak amplitude in a 30 mm curvature curve can be reduced to 49% compared to a 0 mm curvature depth.
도 4c는 코팅되지 않은 거친 표면의 금속선의 서로 다른 굴곡 깊이와 테라헤르츠 펄스를 나타낸다. 0mm 및 30mm의 굴곡 깊이를 가진 펄스 사이의 피크-투-피크(peak-to-peak) 진폭의 차이는 각각 336 및 214 pA이다. 30mm의 굴곡 깊이에서의 피크-투-피크(peak-to-peak) 진폭은 0mm의 굴곡 깊이에 비하여 36 %로 감소될 수 있다.
Figure 4c shows the different curvature depths of the metal lines of the uncoated rough surface and the terahertz pulse. The difference in peak-to-peak amplitudes between pulses with 0 mm and 30 mm curvature depths is 336 and 214 pA, respectively. The peak-to-peak amplitude at a flexural depth of 30 mm can be reduced to 36% compared to a flexural depth of 0 mm.
도 5는 일 실시예에 따른 절연물질이 코팅된 매끄러운 표면과 거친 표면의 금속선에 대한 THz 펄스와 스펙트럼을 나타내는 도면이다. Figure 5 is a plot of THz pulses and spectrum for a smooth surface coated with an insulating material and a metal wire of a rough surface according to one embodiment.
더 구체적으로, 도 5a는 25 μｍ의 두께로 코팅된 매끄러운 표면의 두 개의 금속선에서의 THz 펄스 측정을 나타내며, 도 5b는 도 5a의 스펙트럼을 나타낸다. 그리고 도 5c는 25 μｍ의 두께로 코팅된 거친 표면의 두 개의 금속선에서의 THz 펄스 측정을 나타내며, 도 5d는 도 5c의 스펙트럼을 나타낸다.More specifically, Figure 5a shows THz pulse measurements on two metal lines of a smooth surface coated to a thickness of 25 [mu] m, and Figure 5b shows the spectrum of Figure 5a. And Figure 5c shows THz pulse measurements on two metal lines of a rough surface coated to a thickness of 25 [mu] m, and Figure 5d shows the spectrum of Figure 5c.
일반적으로 테라헤르츠 스푸프(spoof) 표면 플라즈몬 현상(Surface Plasmon Polaritons, SPP)은 규칙적으로 골이 형성된 금속선을 따라 전파된다. 이러한 스푸프 표면 플라즈몬 현상(SPP)은 금속선 표면의 범프(bump)에 의해 제어될 수 있다. 금속선의 표면이 사포로 형성된 불규칙한 요철 구조인 경우에도 거칠기가 서브 파장(subwavelength) 범프로 작용하여 스푸프 플라즈몬 현상(SPP)의 역할을 할 수 있다. In general, terahertz spoof Surface Plasmon Polaritons (SPP) propagate along regularly scored metal lines. This spup surface plasmon phenomenon (SPP) can be controlled by the bump of the metal wire surface. Even when the surface of the metal wire is an irregular concavo-convex structure formed of sandpaper, the roughness acts as a subwavelength bump and can play a role of the spuppan phenomenon (SPP).
따라서, 금속선 표면의 테라헤르츠 필드는 거친 표면에 강하게 결합됨으로써 공기 중에 손실되는 정도를 감소시키고 유도 특성을 향상시킬 수 있다. Therefore, the terahertz field of the metal wire surface can be strongly bonded to the rough surface, thereby reducing the degree of loss in air and improving the induction characteristic.
매끄러운 표면의 금속선과 거친 표면의 금속선은 전파 특성을 증가시키기 위해 6.5 내지 25 μｍ의 두께로 절연물질에 의해 코팅되어 절연층이 형성될 수 있다. 여기에서 절연물질은 실리콘이 사용될 수 있다. Metal wires of a smooth surface and metal wires of a rough surface may be coated with an insulating material to a thickness of 6.5 to 25 占 퐉 to increase the propagation characteristics to form an insulating layer. Here, the insulating material may be silicon.
도 5를 참조하면, 25 μｍ의 두께로 절연물질이 코팅된 매끄러운 표면과 거친 표면의 금속선에 대한 서로 다른 굴곡 깊이를 가진 테라헤르츠 펄스와 스펙트럼을 나타낸다. Referring to FIG. 5, a terahertz pulse and spectrum with different curvature depths for a smooth surface coated with an insulating material and a rough surface metal at a thickness of 25 μm are shown.
두 개의 금속선의 절연물질 코팅은 서로 다른 두 개의 전파 모드를 가지므로 내부 및 외부 (공기)에 GVD가 발생될 수 있다. 따라서 펄스 폭은 금속선 표면에 절연층의 두께가 증가하면 더 넓어진다. 구체적으로, 도 5c는 금속선의 표면에 형성된 두꺼운 절연층과 거친 표면에 의해 매우 넓은 펄스 폭을 가질 수 있다. 그리고 도 5d는 0.3 테라헤르츠의 실효 대역폭(effective bandwidth)에 대응하는 스펙트럼을 나타낸다. 그러나 코팅된 금속선의 테라헤르츠 필드는 거친 표면의 금속선이 공기 중에 손실되는 정도를 감소시켜 강하게 절연층에 결합될 수 있다. The insulation coating of two metal wires has two different modes of propagation, so that GVD can occur inside and outside (air). Therefore, the pulse width is wider as the thickness of the insulating layer increases on the metal wire surface. Specifically, Fig. 5c can have a very wide pulse width due to the thick insulating layer formed on the surface of the metal wire and the rough surface. And Figure 5d shows a spectrum corresponding to an effective bandwidth of 0.3 terahertz. However, the terahertz field of the coated metal wire can be strongly bonded to the insulating layer by reducing the degree of loss of metal lines on the rough surface in the air.
코팅된 매끄러운 표면의 금속선과 코팅된 거친 표면의 금속선의 표면에서 30 mm의 굴곡 깊이의 피크-투-피크(peak-to-peak) 진폭은 각각 0mm의 굴곡 깊이에 비해 18 및 12 %로 감소될 수 있다. 그리고 이러한 피크-투-피크(peak-to-peak) 진폭의 감소(굽힘 손실(bending loss))는 코팅되지 않은 매끄러운 표면의 금속선과 코팅되지 않은 거친 표면의 금속선에 비해 훨씬 작다. Peak-to-peak amplitudes of 30 mm of curvature depth at the surface of the metal lines of the coated smooth surface and of the coated rough surface are reduced to 18 and 12%, respectively, compared to a curvature depth of 0 mm . And this reduction in peak-to-peak amplitude (bending loss) is much smaller than the metal lines of uncoated smooth surfaces and uncoated rough surfaces.
도 5c를 참조하면, 25 μｍ의 두께로 코팅된 거친 표면의 금속선에 대한 측정된 테라헤르츠 펄스를 보여주는 것으로, 굴곡 깊이가 증가하는 경우 테라헤르츠 펄스는 네거티브 피크를 제외하고 중첩될 수 있다. 각각 0mm (직선) 및 30mm의 굴곡 깊이에서 펄스의 피크-투-피크(peak-to-peak) 진폭의 차이는 395 및 347 pA이다. 25 μｍ의 두께로 코팅된 거친 표면의 금속선은 샘플들 중 최고의 전파 특성을 보여줄 수 있다. 이 측정에서 코팅된 금속선이 거친 표면의 금속선보다 전파 특성의 개선에 뛰어난 효과가 있다는 것을 알 수 있다.
Referring to FIG. 5c, a measured terahertz pulse for a metal surface of a rough surface coated to a thickness of 25 占 퐉 is shown. In the case where the depth of curvature increases, a terahertz pulse can be superimposed except for a negative peak. The difference in peak-to-peak amplitude of the pulse at 0 mm (straight line) and at a flexural depth of 30 mm is 395 and 347 pA, respectively. Coarse surface metal wires coated to a thickness of 25 μm can show the best propagation characteristics of the samples. In this measurement, it can be seen that the coated metal wire is superior to the metal wire of the rough surface in improving the propagation characteristics.
도 6은 일 실시예에 따른 테라헤르츠 펄스의 정규화된 피크-투-피크(peak-to-peak) 진폭을 나타내는 도면이다. Figure 6 is a plot of normalized peak-to-peak amplitude of a terahertz pulse according to one embodiment.
도 6을 참조하면, 코팅되거나 코팅되지 않은 매끄러운 표면의 금속선과 거친 표면의 금속선에서 측정된 테라헤르츠 펄스의 정규화된 피크-투-피크(peak-to-peak) 진폭을 나타낼 수 있다. 아래에서는 각각의 금속선 샘플에 대해 5가지의 측정을 수행할 수 있다. Referring to FIG. 6, normalized peak-to-peak amplitudes of terahertz pulses measured on metal lines of coated and uncoated smooth surfaces and metal lines of rough surfaces can be shown. Below we can perform five measurements for each metal wire sample.
여기에서, 테플론 플레이트는 두 개의 금속선이 약하게 홀딩되지 않도록 각 측정에서 새로운 것으로 교체될 수 있다. 측정 시스템이 선형적이지 않으므로 측정된 데이터는 평균 값으로 오차 막대를 가질 수 있다. Here, the Teflon plate can be replaced with a new one at each measurement so that the two metal lines are not weakly held. Since the measurement system is not linear, the measured data may have an error bar with an average value.
실선과 점선은 각각 매끄러운 표면의 금속선과 거친 표면의 금속선에 대한 피팅 곡선(fitting curve)을 나타낼 수 있다. 노란색, 파란색, 및 빨간색은 각각 0(코팅되지 않음), 6.5, 및 25 μｍ의 두께로 코팅된 두 개의 금속선을 각각 나타낼 수 있다. 이때 코팅 두께는 유도 특성에 따라 결정될 수 있다. 코팅 두께 및 표면의 거칠기가 증가함에 따라 유도 특성이 향상될 수 있다. The solid and dashed lines can represent fitting curves for metal lines on smooth surfaces and metal lines on rough surfaces, respectively. Yellow, blue, and red can each represent two metal lines coated with a thickness of 0 (uncoated), 6.5, and 25 μm, respectively. At this time, the coating thickness can be determined according to the induction characteristics. As the coating thickness and the roughness of the surface are increased, the induction characteristics can be improved.
30mm의 굴곡 깊이에서 코팅되지 않은 매끄러운 표면의 금속선과 25 μｍ의 두께로 코팅된 거친 표면의 금속선의 펄스 진폭은 각각 0.52 및 0.86가 될 수 있다. 따라서 유도 특성은 25 μｍ의 두께로 코팅된 매끄러운 표면의 금속선의 표면을 거칠게 함으로써 34 %가 향상될 수 있다. 더욱이, 15 mm의 굴곡 깊이를 형성하기 이전에 완벽한 유도 특성을 나타낼 수 있다. At 30 mm of curvature depth, the pulse amplitude of a metal wire on an uncoated smooth surface and a metal wire on a rough surface coated with 25 μm thickness can be 0.52 and 0.86, respectively. Thus, the inductive properties can be improved by 34% by roughening the surface of a smooth surface metal wire coated to a thickness of 25 μm. Moreover, it is possible to exhibit perfect inductive characteristics before forming a curvature depth of 15 mm.
도 4 및 도 5의 스펙트럼에 도시된 바와 같이, 굽힘 손실(bending loss)은 주파수 범위에 따라 달라질 수 있다. 전자기장(electromagnetic field)이 도체에 결합될 때 표피 깊이(skin depth)(δ)가 주어질 수 있다. As shown in the spectra of FIGS. 4 and 5, the bending loss may vary depending on the frequency range. The skin depth (delta) can be given when the electromagnetic field is coupled to the conductor.
[수학식 1][Equation 1]
여기에서, ω는 각 주파수이고, μ0 자유 공간(free space)의 투자율이며, σ는 전도성을 나타낼 수 있다. Where ω is the angular frequency, μ 0 is the permeability of the free space, and σ is the conductivity.
구리의 전도도가 5.8 × 107 (1 / Ωm)인 경우, 150, 250, 350 기가 헤르츠(GHz)의 표피 깊이는 각각 171, 132, 및 112 나노미터가 될 수 있다.
When the conductivity of copper is 5.8 x 107 (1 /? M), the skin depths of 150, 250, and 350 gigahertz (GHz) can be 171, 132, and 112 nanometers, respectively.
도 7은 일 실시예에 따른 금속선 표면의 조건에 따라 나타나는 진폭 변화를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 7 is a view for explaining an amplitude change according to a condition of a metal wire surface according to an embodiment. FIG.
도 7에 도시된 바와 같이, 저주파 파동의 표피 깊이는 고주파 파동보다 크기 때문에 저주파 파동은 적은 굽힘 손실을 나타낼 수 있다. 도 7a는 굴곡 깊이를 나타내는 것으로, 코팅된 매끄러운 표면의 금속선에서 150, 250, 350 기가 헤르츠(GHz)의 주파수를 갖는 파의 진폭 변화를 나타내고 있다. As shown in FIG. 7, since the skin depth of the low frequency wave is larger than the high frequency wave, the low frequency wave can exhibit a low bending loss. Figure 7a shows the depth of curvature and shows the amplitude variation of a wave with a frequency of 150, 250, 350 gigahertz (GHz) at the coated smooth surface metal line.
굴곡 깊이가 30mm인 경우, 150 및 350 기가 헤르츠(GHz)의 주파수에서 굽힘 손실은 각각 0mm (직선)의 굴곡 깊이에 비해 27 및 71 %이다. At a bending depth of 30 mm, the bending losses at frequencies of 150 and 350 gigahertz (GHz) are 27 and 71%, respectively, compared to a 0 mm (straight) bending depth.
도 7b, 도 7c, 및 도 7d는 각각 코팅되지 않은 거친 표면의 금속선, 25 μm의 두께로 코팅된 매끄러운 표면의 금속선, 및 25 μm의 두께로 코팅된 거친 표면의 금속선의 진폭 변화를 나타낼 수 있다. Figures 7b, 7c and 7d can show the amplitude variations of the metal lines of the uncoated rough surface, the metal lines of the smooth surface coated to a thickness of 25 탆, and the metal wires of the rough surface coated to a thickness of 25 탆, respectively .
거친 표면의 금속선의 유도 특성이 매끄러운 표면의 금속선의 유도 특성보다 좋으며, 절연물질(유전체)로 코팅된 금속선의 유도 특성이 코팅되지 않은 금속선의 유도 특성보다 좋다. The induction characteristic of the metal wire on the rough surface is better than the induction characteristic of the metal wire on the smooth surface and the induction characteristic of the metal wire coated with the insulating material (dielectric) is better than the induction characteristic of the uncoated metal wire.
굴곡 깊이가 30mm 인 경우에는, 150 및 350 GHz의 주파수에서의 25 μm의 두께로 코팅된 거친 표면의 금속선의 굽힘 손실은 15 및 34 %가 될 수 있다. 코팅된 거친 표면의 금속선은 표면에 테라헤르츠 필드의 강한 결합을 가지고 있어 매우 좋은 유도 특성을 가질 수 있다. 더욱이, 고주파 테라헤르츠 필드보다 더 큰 표피 깊이를 가지고 있기 때문에 저주파 테라헤르츠 필드는 고주파 테라헤르츠 필드보다 더 좋은 유도 특성을 가질 수 있다.For a bend depth of 30 mm, the bending losses of metal lines on rough surfaces coated at a thickness of 25 μm at frequencies of 150 and 350 GHz may be 15 and 34%. The metal wire of the coated rough surface has a strong binding of the terahertz field on the surface and can have very good induction properties. Moreover, because of the greater skin depth than a high frequency terahertz field, a low frequency terahertz field can have better induction characteristics than a high frequency terahertz field.
실시예에서 CST 소프트웨어는 두 개의 굴곡진 금속선 주위의 테라헤르츠 필드의 분포를 얻기 위해 사용될 수 있다. 시뮬레이션에 사용된 수치는 실험에 사용된 것과 일치한다.
In an embodiment, the CST software can be used to obtain a distribution of terahertz fields around two curved metal lines. The numbers used in the simulations are consistent with those used in the experiments.
도 8은 일 실시예에 따른 코팅되지 않은 매끄러운 표면의 두 개의 굴곡진 금속선의 주변의 테라헤르츠 필드 패턴을 나타내는 도면이다. 8 is a diagram illustrating a terahertz field pattern around two curved metal lines of an uncoated smooth surface according to one embodiment.
더 구체적으로, 도 8a는 코팅되지 않은 매끄러운 표면의 금속선에 대한 100 GHz의 필드 패턴을 나타내고, 도 8b는 코팅되지 않은 매끄러운 표면의 금속선에 대한 150 GHz의 필드 패턴을 나타낸다. 여기에서 점선은 곡선의 위치를 나타낼 수 있다.More specifically, FIG. 8A shows a field pattern of 100 GHz for a metal line of an uncoated smooth surface, and FIG. 8B shows a field pattern of 150 GHz for a metal line of an uncoated smooth surface. Here, the dotted line can indicate the position of the curve.
이때, 밝은 노란색 곡선은 도 4에 도시된 바와 같이 두 개의 금속선을 나타낸다. 테라헤르츠 필드는 주로 복수의 주파수에 대해 굴곡진 부분에서 주변 공기로 방출될 수 있다. 150 GHz의 주파수를 가진 필드의 굽힘 손실은 100 GHz의 주파수를 가진 필드보다 강하다. 이미 실험 결과에 의해 고주파 파동이 낮은 주파수에 비해 더 큰 굽힘 손실을 가지고 있음을 확인하였다.
At this time, the bright yellow curve represents two metal lines as shown in Fig. The terahertz field can be emitted to ambient air mainly at the curved portion for a plurality of frequencies. The bending loss of a field with a frequency of 150 GHz is stronger than a field with a frequency of 100 GHz. Experimental results have confirmed that the high frequency wave has a larger bending loss than the low frequency.
도 9는 일 실시예에 따른 두 개의 금속선의 굴곡 위치에 따른 테라헤르츠 필드 분포를 나타내는 도면이다. 9 is a view showing a terahertz field distribution according to a bending position of two metal wires according to an embodiment.
도 9를 참조하면, 도 8b에 도시된 바와 같이 두 개의 금속선의 굴곡 위치가 되는 상부(top)(A), 중간부(middle)(B), 및 하부(bottom)(C) 면에서 테라헤르츠 필드 분포를 나타낼 수 있다. Referring to FIG. 9, in the top (A), middle (B), and bottom (C) surfaces, which are bent positions of two metal wires as shown in FIG. 8B, terahertz Field distribution.
도 9a는 코팅되지 않은 매끄러운 표면의 금속선의 150 GHz의 필드 패턴을 나타낸다. 테라헤르츠 필드가 곡선 위치 B면에 전파되면 테라헤르츠 필드의 일부가 y축 방향으로 분산될 수 있다. 따라서 테라헤르츠 필드는 타원형 모양(oval-shaped)으로 보일 수 있다. Figure 9a shows a 150 GHz field pattern of metal lines of uncoated smooth surfaces. When the terahertz field propagates on the curved position B side, a part of the terahertz field can be dispersed in the y-axis direction. Thus, the terahertz field can be seen as oval-shaped.
테라헤르츠 필드의 오버 슈트(overshoot)는 두 개의 금속선으로 유도되지 않고, 도 8b에 도시된 바와 같이 B면을 통과한 후 공기 중으로 방사될 수 있다. 그러나 도 9b는 두 개의 매끄러운 표면의 금속선이 25 μm의 두께로 실리콘 코팅된 경우에 테라헤르츠 필드는 잘 유도될 수 있다. 테라헤르츠 필드는 B면에 코팅되지 않은 두 개의 금속선에 비해 두 개의 금속선 주위에 분포될 수 있다. A, B, 및 C면에서 두 개의 금속선 주변의 필드 패턴은 테라헤르츠 필드가 선을 따라 유도되는 것을 나타내며 원형 모양과 매우 유사하다.
The overshoot of the terahertz field is not induced by the two metal lines but may be radiated into the air after passing through the B-face as shown in FIG. 8B. However, Figure 9b shows that a terahertz field can be induced well when two smooth surface metal lines are silicon coated to a thickness of 25 [mu] m. The terahertz field can be distributed around two metal wires compared to two metal wires that are not coated on the B side. The field pattern around the two metal lines in the A, B, and C plane indicates that the terahertz field is induced along the line and is very similar to the circular shape.
이상에서, 실시예들에 따르면 유전체로 코팅되거나 코팅되지 않은 매끄러운 표면의 두 개의 금속선 또는 거친 표면의 두 개의 금속선을 통해 테라헤르츠의 유도 특성을 나타낼 수 있다. 금속선의 표면에 거칠기와 절연물질로 코팅됨으로써 금속선의 표면에서 테라헤르츠파가 강하게 결합되므로 소멸되는 필드는 금속선의 표면에 한정된다.Thus, according to embodiments, the induction characteristics of terahertz can be expressed through two metal wires of a smooth surface coated or uncoated with a dielectric or two metal wires of a rough surface. Since the surface of the metal wire is coated with the roughness and the insulating material, the terahertz wave is strongly bonded from the surface of the metal wire, so that the field to be annihilated is limited to the surface of the metal wire.
이러한 이유로 두 개의 금속선은 30mm의 굴곡 깊이로 만곡될 경우, 25 μm의 두께로 코팅된 거친 표면의 금속선은 코팅되지 않은 매끄러운 표면의 금속선에 비해 유도 특성이 34 % 향상될 수 있다. 또한, 150 GHz (350 GHz)의 주파수에서 25 μm의 두께로 코팅된 거친 표면의 금속선과 매끄러운 표면의 금속선의 굽힘 손실은 각각 15 % (34 %) 및 27 % (71 %)가 될 수 있다. For this reason, when two metal wires are curved at a flexural depth of 30 mm, the metal lines of the rough surface coated to a thickness of 25 μm can be improved by 34% in comparison with the metal lines of the uncoated smooth surface. In addition, the bending losses of metal wires on smooth surfaces and smooth surfaces can be 15% (34%) and 27% (71%), respectively, at a frequency of 150 GHz (350 GHz)
결과적으로, 절연물질로 코팅된 거친 표면의 금속선의 유도 특성이 코팅되지 않은 매끄러운 표면의 금속선의 유도 특성보다 뛰어나다. 테라헤르츠 필드가 굴곡진 금속선을 따라 전파될 경우 금속선 표면의 테라헤르츠 필드의 협착에 의해 굽힘 손실을 줄일 수 있다.
As a result, the inductive characteristics of the metal lines on the rough surface coated with the insulating material outweigh the inductive characteristics of the metal lines on the uncoated smooth surface. When a terahertz field propagates along a bent metal line, bending loss can be reduced by stenosis of the terahertz field of the metal line surface.
이와 같이 실시예들에 따르면 이중 금속선 도파로의 표면에 불규칙 또는 규칙적인 거칠기를 형성하고 절연물질로 코팅하여 굴곡진 도파로를 따라 전파되는 테라헤르츠파의 손실을 줄이는 테라헤르츠 전파 특성 향상을 위한 금속 도파로를 제공할 수 있다. 이에 따라 테라헤르츠 장거리 유선 통신, 센서, 분광의 새로운 분야에 적용할 수 있다.According to the embodiments of the present invention, a metal waveguide for improving the terahertz propagation characteristics is provided that reduces irregular or regular roughness on the surface of the double metal line waveguide and reduces the loss of the terahertz wave propagated along the curved waveguide by coating with an insulating material. . As a result, it can be applied to new fields of terahertz long-haul wired communication, sensors and spectroscopy.
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.
Claims (14)
상기 금속 도파로의 표면에 코팅되는 절연층
을 포함하고,
상기 절연층 내에 전자기파가 집속되어 유도 특성을 향상시키며,
상기 금속 도파로는,
표면에 불규칙적인 거칠기가 형성되어 표면 플라즈몬 현상이 발생되고, 상기 거칠기가 형성된 표면에 상기 절연층이 형성되어 테라헤르츠파의 곡률 부분에서의 전송 손실을 줄이고,
수평 방향 또는 수직 방향으로 구부러진 굴곡진 도파로로 이루어지며, 상기 금속 도파로의 표면에 형성되는 상기 절연층 및 거칠기에 의해 상기 굴곡진 도파로를 따라 전파되는 테라헤르츠파의 손실을 줄이는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠파 전파 특성 향상을 위한 금속 도파로.Metal waveguide; And
An insulating layer coated on the surface of the metal waveguide
/ RTI >
An electromagnetic wave is concentrated in the insulating layer to improve the induction characteristic,
The metal waveguide includes:
Irregular roughness is formed on the surface to cause a surface plasmon phenomenon, and the insulating layer is formed on the rough surface, thereby reducing the transmission loss in the curvature portion of the terahertz wave,
And reducing the loss of the terahertz wave propagated along the curved waveguide by the insulating layer and the roughness formed on the surface of the metal waveguide, the waveguide being made of a curved waveguide bent in a horizontal direction or a vertical direction
And a metal waveguide for enhancing a terahertz wave propagation characteristic.
상기 금속 도파로는,
두 개의 금속선이 소정 간격을 두고 분리 배치되는 이중 금속 도파로인 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠파 전파 특성 향상을 위한 금속 도파로.The method according to claim 1,
The metal waveguide includes:
A double metal waveguide in which two metal wires are separated and arranged at a predetermined interval
And a metal waveguide for enhancing a terahertz wave propagation characteristic.
상기 금속 도파로는,
상기 두 개의 금속선이 구부러지는 동안 서로 분리된 상태를 유지시키기 위해 상기 두 개의 금속선이 세 개의 테플론 홀더(Teflon holder)에 의해 고정되는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠파 전파 특성 향상을 위한 금속 도파로.3. The method of claim 2,
The metal waveguide includes:
The two metal wires are fixed by three Teflon holders to keep the two metal wires separated from each other while they are bent
And a metal waveguide for enhancing a terahertz wave propagation characteristic.
상기 절연층은,
상기 금속 도파로의 표면의 형태 또는 거칠기에 제약 없이 코팅되도록 하며, 상기 금속 도파로의 표면에 코팅되는 두께에 따라 전자기파의 유도 특성이 변화되는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠파 전파 특성 향상을 위한 금속 도파로.The method according to claim 1,
Wherein the insulating layer
The surface of the metal waveguide is coated without any restriction on the shape or the roughness of the surface of the metal waveguide and the induction characteristic of the electromagnetic wave is changed according to the thickness coated on the surface of the metal waveguide
And a metal waveguide for enhancing a terahertz wave propagation characteristic.
상기 절연층은,
굴절률에 따라 전자기파의 유도 특성이 변화되는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠파 전파 특성 향상을 위한 금속 도파로.The method according to claim 1,
Wherein the insulating layer
The induction characteristic of electromagnetic wave is changed according to the refractive index
And a metal waveguide for enhancing a terahertz wave propagation characteristic.
상기 금속 도파로는,
표면 플라즈몬 현상이 발생되도록 코팅되지 않은 금속선을 사포를 사용하여 매끄러운 표면을 문질러(rubbing) 상기 거칠기를 형성하는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠파 전파 특성 향상을 위한 금속 도파로.The method according to claim 1,
The metal waveguide includes:
Rubbing a smooth surface using a sandpaper with an uncoated metal wire so as to cause a surface plasmon phenomenon to form the roughness
And a metal waveguide for enhancing a terahertz wave propagation characteristic.
상기 금속 도파로는,
상기 굴곡진 도파로의 곡률의 최저점에서 직선까지의 거리의 굴곡 깊이(curve depth)가 0mm 내지 30mm이고, 상기 금속 도파로의 길이에 따라 소정의 곡률 반경이 결정되는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠파 전파 특성 향상을 위한 금속 도파로.The method according to claim 1,
The metal waveguide includes:
The curve depth of the distance from the lowest point of the curvature of the curved waveguide to the straight line is 0 mm to 30 mm and a predetermined radius of curvature is determined according to the length of the metal waveguide
And a metal waveguide for enhancing a terahertz wave propagation characteristic.
를 포함하고,
상기 금속 도파로는,
상기 거칠기에 의해 테라헤르츠파를 거칠기 표면에 구속시켜 유도 특성이 향상되며, 수평 방향 또는 수직 방향으로 구부러진 굴곡진 도파로로 이루어지고, 상기 금속 도파로의 표면에 형성되는 상기 거칠기에 의해 상기 굴곡진 도파로를 따라 전파되는 테라헤르츠파의 손실을 줄이는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠파 전파 특성 향상을 위한 금속 도파로.A metal waveguide whose surface is rough
Lt; / RTI >
The metal waveguide includes:
Wherein the waveguide is formed of a curved waveguide bent in the horizontal direction or in the vertical direction by restraining the terahertz wave on the rough surface by the roughness to improve the induction characteristic and the roughness formed on the surface of the metal waveguide, Reducing the loss of terahertz waves propagating along
And a metal waveguide for enhancing a terahertz wave propagation characteristic.
상기 금속 도파로는,
표면 플라즈몬 현상이 발생되도록 코팅되지 않은 금속선을 사포를 사용하여 매끄러운 표면을 문질러(rubbing) 상기 거칠기를 형성하는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠파 전파 특성 향상을 위한 금속 도파로.10. The method of claim 9,
The metal waveguide includes:
Rubbing a smooth surface using a sandpaper with an uncoated metal wire so as to cause a surface plasmon phenomenon to form the roughness
And a metal waveguide for enhancing a terahertz wave propagation characteristic.
상기 금속 도파로는,
수평 방향 또는 수직 방향으로 구부러진 굴곡진 도파로로 이루어지며,
상기 금속 도파로의 표면에 형성되는 거칠기에 의해 상기 굴곡진 도파로를 따라 전파되는 테라헤르츠파의 손실을 줄이는 것
을 특징으로 하는 테라헤르츠파 전파 특성 향상을 위한 금속 도파로.10. The method of claim 9,
The metal waveguide includes:
And a bent waveguide bent in a horizontal direction or a vertical direction,
And reducing the loss of the terahertz wave propagated along the curved waveguide due to the roughness formed on the surface of the metal waveguide
And a metal waveguide for enhancing a terahertz wave propagation characteristic.
상기 금속 도파로의 표면에 코팅되는 절연층
을 포함하고,
상기 절연층 내에 전자기파가 집속되어 유도 특성을 향상시키며,
상기 금속 도파로는,
수평 방향 또는 수직 방향으로 구부러진 굴곡진 도파로로 이루어지고, 상기 금속 도파로의 표면에 형성되는 상기 절연층에 의해 상기 굴곡진 도파로를 따라 전파되는 마이크로파(microwave) 또는 광파(light wave)의 손실을 줄이며, 코팅되지 않은 금속선을 사포를 사용하여 매끄러운 표면을 문질러(rubbing) 거칠기를 형성함에 따라 표면에 불규칙적인 거칠기가 형성되어 표면 플라즈몬 현상이 발생되고, 상기 거칠기가 형성된 표면에 상기 절연층이 형성되어 상기 마이크로파 또는 광파의 손실을 줄이는 것
을 특징으로 하는 전파 특성 향상을 위한 금속 도파로.A metal waveguide in which two metal wires are separately arranged at a predetermined interval; And
An insulating layer coated on the surface of the metal waveguide
/ RTI >
An electromagnetic wave is concentrated in the insulating layer to improve the induction characteristic,
The metal waveguide includes:
Wherein the waveguide comprises a curved waveguide bent in a horizontal direction or a vertical direction and reduces the loss of a microwave or a light wave propagated along the curved waveguide by the insulating layer formed on the surface of the metal waveguide, As the uncoated metal wire is rubbed on the smooth surface using the sandpaper to form the roughness, irregular roughness is formed on the surface to cause the surface plasmon phenomenon, and the insulating layer is formed on the rough surface, Or reducing the loss of light waves
And a metal waveguide for improving the propagation characteristics.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160110018A KR101839222B1 (en) | 2016-08-29 | 2016-08-29 | Metal Waveguide with Enhanced THz Guiding Properties |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160110018A KR101839222B1 (en) | 2016-08-29 | 2016-08-29 | Metal Waveguide with Enhanced THz Guiding Properties |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180024225A KR20180024225A (en) | 2018-03-08 |
| KR101839222B1 true KR101839222B1 (en) | 2018-03-15 |
Family
ID=61659637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160110018A KR101839222B1 (en) | 2016-08-29 | 2016-08-29 | Metal Waveguide with Enhanced THz Guiding Properties |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101839222B1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101173796B1 (en) | 2011-02-24 | 2012-08-16 | 인하대학교 산학협력단 | Metal wire optical waveguide generation methode of gap surface plasmon using thereof |
| JP2015188146A (en) | 2014-03-26 | 2015-10-29 | 日東電工株式会社 | Waveguide and method of manufacturing the same |
| JP2015188144A (en) * | 2014-03-26 | 2015-10-29 | 日東電工株式会社 | Array waveguide and manufacturing method therefor |
| KR101644799B1 (en) * | 2015-01-30 | 2016-08-02 | 한국해양대학교 산학협력단 | Terahertz Parallel-Plate Waveguide Sensor |
-
2016
- 2016-08-29 KR KR1020160110018A patent/KR101839222B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101173796B1 (en) | 2011-02-24 | 2012-08-16 | 인하대학교 산학협력단 | Metal wire optical waveguide generation methode of gap surface plasmon using thereof |
| JP2015188146A (en) | 2014-03-26 | 2015-10-29 | 日東電工株式会社 | Waveguide and method of manufacturing the same |
| JP2015188144A (en) * | 2014-03-26 | 2015-10-29 | 日東電工株式会社 | Array waveguide and manufacturing method therefor |
| KR101644799B1 (en) * | 2015-01-30 | 2016-08-02 | 한국해양대학교 산학협력단 | Terahertz Parallel-Plate Waveguide Sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20180024225A (en) | 2018-03-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6281868B2 (en) | Photonic crystal slab electromagnetic wave absorber and high-frequency metal wiring circuit, electronic component, transmitter, receiver and proximity wireless communication system | |
| US10202847B2 (en) | Use of metamaterial to enhance measurement of dielectric properties of a fluid | |
| Navarro-Cía et al. | Silver-coated Teflon tubes for waveguiding at 1–2 THz | |
| Alitalo et al. | Broadband electromagnetic cloaking realized with transmission-line and waveguiding structures | |
| Fernández-Domínguez et al. | Terahertz surface plasmon polaritons on a helically grooved wire | |
| US20210231587A9 (en) | Biosensor with integrated antenna and measurement method for biosensing applications | |
| TWI712211B (en) | Dielectric coupling lens using high dielectric resonators | |
| JP4926959B2 (en) | Broadband leaky wave antenna | |
| JP4943328B2 (en) | Broadband leaky wave antenna | |
| Quevedo-Teruel | Controlled radiation from dielectric slabs over spoof surface plasmon waveguides | |
| Pallavi et al. | Modeling of a negative refractive index metamaterial unit-cell and array for aircraft surveillance applications | |
| CN102738588A (en) | Method for making object invisible | |
| KR101839222B1 (en) | Metal Waveguide with Enhanced THz Guiding Properties | |
| Zhao et al. | Polarization dependence of terahertz Fabry–Pérot resonance in flexible complementary metamaterials | |
| Shah et al. | Design of optical leaky wave antenna with circular and diamond S i perturbations for enhancing its performance | |
| US11502383B2 (en) | EMNZ metamaterial configured into a waveguide having a length that is less than or equal to 0.1 of a wavelength | |
| JP2009124259A (en) | Antenna unit | |
| RU2052876C1 (en) | Horn aerial | |
| Huang et al. | Positive-negative-positive metamaterial consisting of ferrimagnetic host and wire array | |
| CN107885403B (en) | Touch screen and touch screen system based on surface electromagnetic waves | |
| KR20210039683A (en) | Device and system for measuring shielding effectiveness of concrete | |
| KR101644799B1 (en) | Terahertz Parallel-Plate Waveguide Sensor | |
| US20120092674A1 (en) | Determination of Electromagnetic Properties of Samples | |
| Saravanan et al. | A compact graphene based nano-antenna for communication in nano-network | |
| George et al. | Design of wide band antenna for ocean communication |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |