KR101934850B1 - Smith-Purcell terahertz oscillator - Google Patents

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Abstract

스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기가 개시된다. 개시된 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기는 전자빔과 상호 작용하여 전자기파들을 발생시키는 것으로, 전자빔과 상호 작용하는 일면이 상기 전자빔의 진행 방향에 나란한 오목한 곡면으로 형성된 금속 그레이팅을 포함한다. A Smith-Persell TeraHertz oscillator is disclosed. The disclosed Smith-Persell TeraHertz oscillator interacts with an electron beam to generate electromagnetic waves, and includes a metal grating having a concave curved surface parallel to the direction of travel of the electron beam, one surface of which interacts with the electron beam.

Description

스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기{Smith-Purcell terahertz oscillator}Smith-Purcell terahertz oscillator < RTI ID = 0.0 >

테라헤르츠 발진기에 관한 것으로, 상세하게는 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기에 관한 것이다. And more particularly to a Smith-Persell TeraHertz oscillator.

마이크로 주파수 대역과 광학 주파수 대역 사이에 있는 테라헤르츠(terahertz) 주파수 대역은 분자 광학, 생물리학(biophysics), 의학(medical), 분광학(spectroscopy), 영상(imaging) 또는 보안(security) 분야에서 매우 중요한 주파수 대역이다. 즉, 테라헤르츠 주파수 대역의 전자기파는 물질 특성에 따른 흡수특성 차이가 있으며 빛의 직진성과 전파의 투과성을 동시에 지니고 있는 바, 이러한 특성들을 활용하면 물질 분석, 보안 또는 의료 스캔 분야 등에 응용이 가능하다. The terahertz frequency band between the microwave and optical frequency bands is very important in the fields of molecular optics, biophysics, medical, spectroscopy, imaging or security. Frequency band. In other words, electromagnetic waves in the terahertz frequency band have different absorption characteristics according to the material properties, and have the linearity of light and the permeability of the radio wave simultaneously. These characteristics can be applied to materials analysis, security, or medical scanning.

이러한 테라헤르츠 대역의 중요성에도 불구하고 물리적 및 공학적 한계로 인해 기존에는 테라헤르츠파를 발생시키는 테라헤르츠 발진기나 증폭기에 대한 개발이 거의 없는 형편이었으나, 최근에는 여러 가지 새로운 이론 및 미세가공 기술의 발달로 인해 테라헤르츠 발진기에 대한 개발이 시도되고 있다. 한편, 스미스-퍼셀(Smith-Purcell) 테라헤르츠 발진기는 주기적인 요철 구조를 가지는 금속 그레이팅(grating)로 이루어진 발진회로와 이 발진 회로 위를 진행하는 전자빔과의 상호 작용에 따른 스미스-퍼셀 방사(radiation)에 의해 전자기파를 발생시키는 발진기로서, 최근에는 보다 고효율의 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기를 구현하고자 하는 연구들이 진행되고 있다. Despite the importance of the terahertz band, the development of terahertz oscillators or amplifiers that generate terahertz waves due to their physical and engineering limitations was rarely developed, but recently, with the development of various new theories and microfabrication techniques Due to the development of a terahertz oscillator. Meanwhile, the Smith-Purcell terahertz oscillator is a Smith-Purcell oscillator, which is formed by a Smith-Purcell oscillator with an oscillation circuit consisting of a metal grating having a periodic concave-convex structure and an electron beam traveling on the oscillation circuit. In recent years, studies have been made to realize a Smith-Perkel terahertz oscillator with higher efficiency.

본 발명의 실시예는 고효율의 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기를 제공한다.Embodiments of the present invention provide a high efficiency Smith-Perkel terahertz oscillator.

본 발명의 일 측면에 있어서, In one aspect of the present invention,

전자빔을 방출하는 전자방출원; 및An electron emission source that emits an electron beam; And

상기 전자빔과 상호 작용하여 전자기파들을 발생시키는 것으로, 상기 전자빔과 상호 작용하는 일면이 상기 전자빔의 진행 방향에 나란한 오목한 곡면으로 형성된 금속 그레이팅(metal grating);을 포함하는 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기가 제공된다. And a metal grating that interacts with the electron beam to generate electromagnetic waves, the metal grating having a concave curved surface parallel to a traveling direction of the electron beam, the one surface of the metal grating interacting with the electron beam is provided .

상기 전자빔은 곡면 형상의 단면을 가지며, 상기 금속 그레이팅의 일면은 상기 전자빔의 형상에 대응하는 형상의 오목한 곡면을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 그레이팅의 일면은 원호 형상 또는 포물선 형상의 단면을 포함할 수 있다. The electron beam has a curved cross section, and one side of the metal grating may include a concave curved surface having a shape corresponding to the shape of the electron beam. For example, one surface of the metal grating may include an arc-shaped or parabolic cross-section.

그리고, 상기 금속 그레이팅의 일면은 상기 전자빔의 진행 방향을 따라 주기적인 요철 구조를 가질 수 있다. One side of the metal grating may have a periodic concave-convex structure along the traveling direction of the electron beam.

상기 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기는 상기 금속 그레이팅과 이격되게 마련되어 상기 전자기파들을 반사시키는 반사 미러를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 반사 미러는 상기 금속 그레이팅 상에서 방사되는 전자기파들을 반사시켜 일방향으로 서로 나란하게 진행시키는 포물선 형상의 반사면을 포함할 수 있다.The Smith-Perkel-Terahertz oscillator may further include a reflection mirror provided to be spaced apart from the metal grating to reflect the electromagnetic waves. Here, the reflection mirror may include a parabolic reflection surface for reflecting the electromagnetic waves radiated on the metal grating and advancing in parallel in one direction.

본 발명의 다른 측면에 있어서, In another aspect of the present invention,

전자빔을 방출하는 전자 방출원; An electron emission source that emits an electron beam;

상기 전자빔과 상호 작용하여 전자기파들을 발생시키는 것으로, 상기 전자빔과 상호 작용하는 일면이 상기 전자빔의 진행 방향에 나란한 오목한 곡면으로 형성된 금속 그레이팅; 및A metal grating for interacting with the electron beam to generate electromagnetic waves, the metal grating having a concave curved surface parallel to a traveling direction of the electron beam, the one surface of the metal grating interacting with the electron beam; And

상기 금속 그레이팅과 이격되게 마련되어 상기 전자기파들을 반사시키는 반사 미러;를 포함하는 스펙트로스코피용 광원 장치가 제공된다.And a reflection mirror provided to be spaced apart from the metal grating to reflect the electromagnetic waves.

상기 전자빔은 곡면 형상의 단면을 가지며, 상기 금속 그레이팅의 일면은 상기 전자빔의 형상에 대응하는 형상의 오목한 곡면을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 반사 미러는 상기 금속 그레이팅 상에서 방사되는 전자기파들을 반사시켜 일방향으로 서로 나란하게 진행시키는 포물선 형상의 반사면을 포함할 수 있다.The electron beam has a curved cross section, and one side of the metal grating may include a concave curved surface having a shape corresponding to the shape of the electron beam. The reflection mirror may include a parabolic reflection surface for reflecting the electromagnetic waves radiated on the metal grating and advancing in parallel in one direction.

상기 스펙트로스코피용 광원 장치는 나란하게 진행하는 전자기파들 중 적어도 하나를 통과시키는 슬릿(slit)을 더 포함할 수 있다. The light source device for spectroscopy may further include a slit for passing at least one of electromagnetic waves traveling in parallel.

본 발명의 실시예에 의하면, 금속 그레이팅의 일면을 전자빔의 진행 방향에 나란한 오목한 곡면으로 형성함으로써 금속 그레이팅 상에서 방사되는 전자기파들을 효과적으로 포커싱할 수 있다. 그리고, 포물선 형상의 반사 미러를 이용하여 금속 그레이팅 상에서 방사되는 전자기파들을 반사시켜 일방향으로 서로 나란하게 진행시킴으로서 방향성을 가지는 전자기파들을 포커싱할 수 있다. 이에 따라 고출력, 고효율의 전자기파 발생장치를 구현할 수 있다. According to the embodiment of the present invention, it is possible to effectively focus the electromagnetic waves radiated on the metal grating by forming one surface of the metal grating into a concave curved surface parallel to the traveling direction of the electron beam. By using the parabolic reflection mirror, the electromagnetic waves radiated on the metal grating are reflected, and the electromagnetic waves having directivity can be focused by moving them in parallel with each other in one direction. As a result, a high-output, high-efficiency electromagnetic wave generator can be realized.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기의 단면을 도시한 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 금속 그레이팅을 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ'선을 따라 본 단면도이다.
도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ'선을 따라 본 단면도이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 분산형 스펙트로스코피(dispersive spectroscopy)용 광원 장치를 개략적으로 도시한 것이다. 1 is a perspective view schematically illustrating a Smith-Persell TeraHertz oscillator according to an exemplary embodiment of the present invention.
2 shows a cross-section of the Smith-Persell TeraHertz oscillator shown in FIG.
3 is a perspective view showing the metal grating shown in Fig.
4 is a sectional view taken along the line IV-IV 'of FIG.
5 is a cross-sectional view taken along the line V-V 'in FIG.
6 schematically shows a light source device for dispersive spectroscopy according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals refer to like elements, and the size and thickness of each element may be exaggerated for clarity of explanation.

이하에서 설명되는 본 발명의 실시예에 따른 테라헤르츠 발진기는 주기적인 요철 구조를 가지는 금속 그레이팅과 그 위를 진행하는 전자빔과의 상호 작용에 따른 스미스-퍼셀 방사(radiation)에 의해 전자기파를 발생시켜 방사하는 스미스-퍼셀(Smith-Purcell) 테라헤르츠 발진기이다. The terahertz oscillator according to an embodiment of the present invention described below generates electromagnetic waves by the Smith-Purcell radiation due to the interaction between the metal grating having periodic concavo-convex structure and the electron beam traveling thereon, And a Smith-Purcell terahertz oscillator.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기를 개략적으로 도시한 사시도이다. 그리고, 도 2는 도 1에 도시된 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기의 단면을 도시한 것이다. 도 3은 도 1에 도시된 금속 그레이팅을 도시한 사시도이다. 그리고, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ'선을 따라 본 단면도이며, 도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ'선을 따라 본 단면도이다.1 is a perspective view schematically illustrating a Smith-Persell TeraHertz oscillator according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the Smith-Persell TeraHertz oscillator shown in FIG. 1. Referring to FIG. 3 is a perspective view showing the metal grating shown in Fig. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV 'of FIG. 3, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line V-V' of FIG.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기는 전자빔(B)을 방출하는 전자방출원(110)과, 상기 전자빔(B)과 상호 작용하여 전자기파들을 발생시키는 금속 그레이팅(metal grating,120)을 포함한다. 본 실시예에서, 상기 전자방출원(110)은 곡면 형상의 단면을 가지는 전자빔(B)을 방출시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 전자방출원(110)은 원형 또는 타원형의 단면을 가지는 전자빔(B)을 일방향(예를 들면, 도 1의 x방향)으로 방출시켜 상기 금속 그레이팅(120)의 상면 위로 진행하게 할 수 있다. 한편, 상기 전자방출원(110)이 곡면 형상 이외의 형상의 단면을 가지는 전자빔을 방출하고, 이렇게 방출된 전자빔이 소정 유닛을 통해 곡면 형상의 단면을 가지는 전자빔으로 변형될 수도 있다. 1 to 5, the Smith-Persell TeraHertz oscillator according to the present embodiment includes an electron emission source 110 that emits an electron beam B, and an electron emission source 110 that interacts with the electron beam B to generate electromagnetic waves And includes a metal grating 120. In this embodiment, the electron emitting source 110 can emit an electron beam B having a curved cross section. For example, the electron emission source 110 may emit an electron beam B having a circular or elliptical cross section in one direction (for example, the x direction in FIG. 1) and proceed on the upper surface of the metal grating 120 can do. On the other hand, the electron emitting source 110 may emit an electron beam having a cross-sectional shape other than a curved shape, and the emitted electron beam may be transformed into an electron beam having a curved cross-section through a predetermined unit.

상기 금속 그레이팅(120)의 상면(120a)은 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 전자빔(B)의 진행 방향을 따라 주기적인 요철 구조를 가진다. 이러한 주기적인 요철 구조를 가지는 금속 그레이팅(120)의 상면(120a) 위를 전자빔(B)이 진행하게 되면, 전자빔(B)과 금속 그레이팅(120) 표면 전하의 상호작용에 의해 전자빔(B)의 분포가 변하게 되며, 이로 인해 테라헤르츠 주파수 대역의 전자기파들이 발생하여 다양한 각도로 방사되게 된다. The upper surface 120a of the metal grating 120 has a periodic concave-convex structure along the traveling direction of the electron beam B as shown in FIGS. When the electron beam B travels on the top surface 120a of the metal grating 120 having such a periodic concavo-convex structure, the electron beam B and the surface of the metal grating 120, The distribution is changed, and electromagnetic waves of the terahertz frequency band are generated and radiated at various angles.

본 실시예에서, 상기 전자빔(B)이 그 위를 진행하는 금속 그레이팅(120)의 상면(120a)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 전자빔(B)의 진행 방향에 나란한 오목한 곡면 형상으로 형성될 수 있다. 상기 금속 그레이팅(120)의 상면(120a) 위를 진행하는 전자빔(B)이 곡면 형상의 단면을 가지는 경우에 상기 금속 그레이팅(120)의 상면(120a)은 전자빔(B)의 형상에 대응되는 형상의 오목한 곡면을 포함할 수 있다. 예를 들면, 금속 그레이팅(120)의 상면(120a) 위를 진행하는 전자빔(B)이 원형의 단면을 가지는 경우에는 상기 금속 그레이팅(120)의 상면(120a)은 전자빔(B)의 단면에 대응하는 원호 형상의 단면을 가질 수 있다. 그리고, 금속 그레이팅(120)의 상면(120a) 위를 진행하는 전자빔(B)이 타원형의 단면을 가지는 경우에는 상기 금속 그레이팅(120)의 상면(120a)은 전자빔(B)의 단면에 대응하는 형상, 예를 들면 포물선 모양(parabolic)의 단면을 가질 수 있다. 이와 같이, 전자빔(B)과 상호 작용하는 금속 그레이팅(120)의 상면(120a)이 전자빔(B)의 형상에 대응하는 오목한 곡면 형상으로 형성되면, 전자빔(B)과 금속 그레이팅(120)의 상면(120a)과의 상호 작용이 증대됨으로써 금속 그레이팅(120) 상에서 방사되는 전자기파들을 효과적으로 포커싱할 수 있다. 이에 따라 고출력, 고효율의 전자기파들을 얻을 수 있다. 이러한 금속 그레이팅(120)은 금속 물질로 이루어지거나 또는 상면이 금속으로 코팅된 물질로 이루어질 수 있다.In this embodiment, the upper surface 120a of the metal grating 120 on which the electron beam B travels has a concave curved shape parallel to the traveling direction of the electron beam B as shown in FIGS. 3 and 4 . When the electron beam B traveling on the upper surface 120a of the metal grating 120 has a curved cross section, the upper surface 120a of the metal grating 120 has a shape corresponding to the shape of the electron beam B May include concave curved surfaces of < RTI ID = 0.0 > For example, when the electron beam B traveling on the upper surface 120a of the metal grating 120 has a circular cross section, the upper surface 120a of the metal grating 120 corresponds to the cross section of the electron beam B Shaped cross section. When the electron beam B traveling on the upper surface 120a of the metal grating 120 has an elliptical cross section, the upper surface 120a of the metal grating 120 is in a shape corresponding to the cross section of the electron beam B For example, a parabolic cross-section. When the upper surface 120a of the metal grating 120 interacting with the electron beam B is formed in a concave curved shape corresponding to the shape of the electron beam B as described above, It is possible to effectively focus the electromagnetic waves radiated on the metal grating 120 by increasing the interaction with the metal grating 120a. As a result, electromagnetic waves with high output and high efficiency can be obtained. The metal grating 120 may be formed of a metal material or may be formed of a material whose upper surface is coated with a metal.

상기 전자빔(B)과 상기 금속 그레이팅(120)의 상호 작용에 의해 방사되는 전자기파의 파장은 전자빔(B)의 속도, 금속 그레이팅(120)의 주기 및 방사 각도 등에 따라 변하게 되며, 구체적으로 다음과 같은 식(1)로 정해지게 된다.The wavelength of the electromagnetic wave radiated by the interaction between the electron beam B and the metal grating 120 varies depending on the speed of the electron beam B, the period and the radiation angle of the metal grating 120, (1).

Figure 112012010047447-pat00001
------ (1)
Figure 112012010047447-pat00001
------ (One)

여기서, λ는 전자기파의 파장, ℓ은 금속 그레이팅(120)의 주기, n은 전자기파가 진행하는 매질의 비유전율, θ는 전자빔(B)의 진행방향에 대한 전자기파의 방사각도를 나타낸다. Where n is the relative dielectric constant of the medium in which the electromagnetic wave travels, and [theta] is the radiation angle of the electromagnetic wave with respect to the traveling direction of the electron beam (B).

상기 식(1)을 참조하면, 방사각도(θ)가 커짐에 따라 전자기파의 파장도 더 커지게 되고, 이에 따라 주파수는 더 낮아지게 된다. 도 2에는 전자빔(B)의 진행 방향에 대해 각각 θ1, θ2, θ3 및 θ4(여기서, θ1>θ2>θ3>θ4)의 각도로 방사되는 전자기파들(W1,W2,W3,W4)이 예시적으로 도시되어 있다. 여기서, θ1의 방사각도로 방출되는 전자기파(W1)가 가장 낮은 주파수를 가지게 되고, θ4의 방사각도로 방출되는 전자기파(W4)가 가장 높은 주파수를 가지게 된다.Referring to the above equation (1), as the radiation angle? Increases, the wavelength of the electromagnetic wave also becomes larger, so that the frequency becomes lower. 2 , electromagnetic waves W 1 , W 2 and W 3 emitted at angles of θ 1 , θ 2 , θ 3 and θ 4 (where θ 1 > θ 2 > θ 3 > θ 4 ) with respect to the traveling direction of the electron beam B, W 2 , W 3 , W 4 ) are illustratively shown. Here, the electromagnetic wave W 1 emitted at the radiation angle of? 1 has the lowest frequency, and the electromagnetic wave W 4 emitted at the radiation angle of? 4 has the highest frequency.

한편, 본 실시예에 따른 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기는 상기 금속 그레이팅(120) 상에서 방사되는 전자기파들을 반사시키는 반사 미러(130)를 더 포함할 수 있다. 이러한 반사 미러(130)는 금속 그레이팅(120)의 상부에 마련될 수 있다. 상기 반사 미러(130)는 전자기파들을 일방향으로 서로 나란하게 반사시키는 포물선 형상의 반사면(130a)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 반사 미러(130)가 포물선 형상의 반사면(130a)을 포함하고, 금속 그레이팅(120)이 반사 미러(130)의 반사면(130a)에 의해 형성되는 포물선(P)의 초점 위치에 마련되게 되면, 금속 그레이팅 (120)상에서 다양한 방향으로 방사되는 전자기파들은 상기 반사면(130a)에서 반사된 후 일방향으로 서로 나란하게 진행될 수 있다. The Smith-Perkel-Terahertz oscillator according to the present embodiment may further include a reflection mirror 130 that reflects electromagnetic waves radiated on the metal grating 120. The reflection mirror 130 may be provided on the top of the metal grating 120. The reflection mirror 130 may include a parabolic reflective surface 130a that reflects the electromagnetic waves in a direction parallel to one another. Specifically, when the reflective mirror 130 includes a parabolic reflective surface 130a and the metal grating 120 is disposed at the focal point P of the parabola P formed by the reflective surface 130a of the reflective mirror 130, The electromagnetic waves radiated in various directions on the metal grating 120 may be reflected from the reflective surface 130a and then propagated in parallel with each other in one direction.

도 2에는 반사미러(130)의 반사면(130a)에 의해 형성되는 포물선(P)의 초점 위치에 금속 그레이팅(120)이 마련되고, 금속 그레이팅(120) 상에서 전자빔(B) 진행 방항에 대하여 각각 θ1, θ2, θ3 및 θ4(여기서, θ1>θ2>θ3>θ4)의 각도로 방사되는 전자기파들(W1,W2,W3,W4)이 포물선 형상의 반사면(130a)에서 반사된 후 일방향(예를 들면, x 방향)으로 서로 나란하게 진행되는 모습을 예시적으로 도시하고 있다. 여기서, z 방향으로 갈수록 더 높은 주파수를 가지는 전자기파들이 진행하게 된다. 즉, θ1의 방사각도로 방사되어 반사 미러(130)에 의해 반사되는 전자기파(W1)가 가장 낮은 주파수를 가지게 되고, θ4의 방사각도로 방사되어 반사 미러(130)에 의해 반사되는 전자기파(W4)가 가장 높은 주파수를 가지게 된다.2 shows a metal grating 120 provided at a focal point of a parabola P formed by the reflective surface 130a of the reflective mirror 130 and is provided for each of the electron beams B on the metal grating 120 θ 1, θ 2, θ 3 and θ 4 (where, θ 1> θ 2> θ 3> θ 4) electromagnetic waves that are radiated at an angle (W 1, W 2, W 3, W 4) of the parabolic shape And are parallel to each other in one direction (for example, x direction) after being reflected by the reflecting surface 130a. Here, electromagnetic waves having a higher frequency advance in the z direction. That is, the electromagnetic wave W 1 emitted at the radiation angle of? 1 and reflected by the reflection mirror 130 has the lowest frequency, the electromagnetic wave radiated at the radiation angle of? 4 and reflected by the reflection mirror 130 (W 4) is to have the highest frequency.

이와 같이, 금속 그레이팅(120)의 상부에 포물선 형상의 반사면(130a)을 포함하는 반사미러(130)를 마련하게 되면, 상기 금속 그레이팅(120) 상에서 방사되는 전자기파들을 방향성을 가지고 집속시킬 수 있게 된다. 따라서, 보다 고효율 및 고출력의 전자기파 발생장치를 구현할 수 있다. As described above, the reflection mirror 130 including the parabolic reflection surface 130a is provided on the metal grating 120, so that the electromagnetic waves radiated on the metal grating 120 can be focused and focused do. Therefore, an electromagnetic wave generating apparatus with higher efficiency and higher output power can be realized.

이상에서 설명된 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기는 다양한 용도, 예를 들면 물질 분석, 보안 또는 의료 스캔 분야 등에 응용될 수 있다. 상기한 전자방출원(110), 금속 그레이팅(120) 및 반사 미러(130)를 포함하는 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기는 전자기파를 이용하여 물질을 분석하는 스펙트로스코피(spectroscopy)에 광원 장치로 사용될 수 있다. 구체적으로, 퓨리에 변환 방식의 스펙트로스코피는 다양한 파장의 전자기파를 광원으로 사용하여 물질을 분석하는 것으로, 감도가 높고 분석 시간이 빠르다는 장점이 있다. 전술한 실시예에 따른 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기는 도 2에 도시된 바와 같이 다양한 파장을 가지는 전자기파들을 서로 나란하게 방사하게 되므로, 퓨리에 변환 방식의 스펙트로스코피용 광원 장치로 적용될 수 있다. 한편, 분산형 스펙트로스코피(dispersive spectroscopy)는 선택된 파장의 전자기파만을 광원으로 사용하여 물질을 분석하는 것으로, 감도는 높지만 주파수 스캔에 시간이 소요되는 단점이 있다. 이러한 분산형 스펙트로스코피용 광원 장치에는 상기한 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기로부터 방사되는 전자기파들 중 선택된 파장을 가지는 전자기파만을 통과시키는 슬릿(slit)이 마련될 수 있다. The Smith-Persell TeraHertz oscillator described above can be applied to various applications such as material analysis, security, or medical scanning. The Smith-Persell TeraHertz oscillator including the electron emission source 110, the metal grating 120, and the reflection mirror 130 can be used as a light source device in spectroscopy for analyzing a material using electromagnetic waves . Specifically, the spectroscopy of the Fourier transform method is advantageous in that it has high sensitivity and fast analysis time by analyzing a substance using electromagnetic waves of various wavelengths as a light source. As shown in FIG. 2, the Smith-Perkel-Terahertz oscillator according to the above-described embodiment emits electromagnetic waves having various wavelengths in parallel with each other, and thus can be applied to a light source device for spectro-scopic use of a Fourier transform method. Dispersive spectroscopy, on the other hand, is a method of analyzing a material by using only electromagnetic waves of a selected wavelength as a light source, which is disadvantageous in that sensitivity is high but time is required for frequency scanning. The light source device for dispersive spectroscopy may be provided with a slit through which only electromagnetic waves having a selected wavelength among the electromagnetic waves radiated from the Smith-Parsel terahertz oscillator are passed.

도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 분산형 스펙트로스코피(dispersive spectroscopy)용 광원 장치를 개략적으로 도시한 것이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명하기로 한다.6 schematically shows a light source device for dispersive spectroscopy according to an exemplary embodiment of the present invention. Hereinafter, differences from the above-described embodiment will be mainly described.

도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 스펙트로스코피용 광원 장치는 전술한 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기와, 상기 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기로부터 나란하게 나오는 전자기파들 중 선택된 파장의 전자기파만을 통과시키는 슬릿(slit,140)을 포함한다. 상기 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기는 전자빔(B)을 방출하는 전자방출원(110)과, 상기 전자빔(B)과 상호 작용하여 전자기파를 발생시키는 금속 그레이팅(120)과, 상기 금속 그레이팅(120) 상에서 방사되는 전자기파들을 반사시켜 서로 나란하게 진행시키는 반사미러(130)를 포함한다. Referring to FIG. 6, the light source device for spectrocopy according to the present embodiment includes a Smith-Persell-Terahertz oscillator, a slit for passing only electromagnetic waves of a selected wavelength among the electromagnetic waves side by side from the Smith- slit 140). The Smith-Perkel-Terahertz oscillator includes an electron emission source 110 for emitting an electron beam B, a metal grating 120 for generating an electromagnetic wave by interacting with the electron beam B, And a reflection mirror 130 that reflects the emitted electromagnetic waves and propagates them in parallel with each other.

상기 전자방출원(110)은 곡면 형상의 단면, 예를 들면 원형 또는 타원형의 단면을 가지는 전자빔(B)을 방출시킬 수 있다. 상기 금속 그레이팅(120)의 상면(도 3의 120a)은 전자빔의 진행 방향을 따라 주기적인 요철 구조를 가진다. 또한, 상기 금속 그레이팅(120)의 상면(120a)은 전자빔(B)의 진행 방향에 나란한 오목한 곡면 형상으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 금속 그레이팅(120)의 상면(120a) 위를 진행하는 전자빔(B)이 곡면 형상의 단면을 가지는 경우에 상기 금속 그레이팅(120)의 상면(120a)은 전자빔(B)의 형상에 대응되는 형상의 오목한 곡면을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 그레이팅(120)의 상면(120a)은 원호 형상 또는 포물선 형상의 단면을 포함할 수 있다. 이와 같이, 전자빔(B)과 상호 작용하는 금속 그레이팅(120)의 상면(120a)이 전자빔(B)의 형상에 대응하는 오목한 곡면 형상으로 형성되면, 전자빔(B)과 금속 그레이팅(120)의 상호 작용이 증대됨으로써 금속 그레이팅(120) 상에서 방사되는 전자기파들을 효과적으로 포커싱할 수 있다. The electron emission source 110 may emit an electron beam B having a curved cross section, for example, a circular or elliptical cross section. The upper surface (120a in FIG. 3) of the metal grating 120 has a periodic concave-convex structure along the traveling direction of the electron beam. In addition, the upper surface 120a of the metal grating 120 may be formed in a concave curved shape parallel to the traveling direction of the electron beam B. The upper surface 120a of the metal grating 120 corresponds to the shape of the electron beam B when the electron beam B traveling on the upper surface 120a of the metal grating 120 has a curved cross- A concave curved surface of a shape that is shaped as shown in FIG. For example, the upper surface 120a of the metal grating 120 may include an arc-shaped or parabolic cross-section. As described above, when the upper surface 120a of the metal grating 120 interacting with the electron beam B is formed in a concave curved shape corresponding to the shape of the electron beam B, the distance between the electron beam B and the metal grating 120 And the electromagnetic waves radiated on the metal grating 120 can be effectively focused.

상기 반사 미러(130)는 금속 그레이팅(120)의 상부에 마련될 수 있다. 이러한 반사 미러(130)는 전자기파들을 일방향으로 서로 나라하게 반사시키는 포물선 형상의 반사면(130a)을 포함할 수 있다. 즉, 반사 미러(130)가 포물선 형상의 반사면(130a)을 포함하고, 금속 그레이팅(120)이 상기 반사 미러(130)의 반사면(130a)에 의해 형성되는 포물선(P)의 초점 위치에 마련되게 되면, 금속 그레이팅(120) 상에서 다양한 방향으로 방사되는 전자기파들은 상기 반사면(130a)에서 반사된 후 일방향으로 서로 나란하게 진행될 수 있다. 이와 같이, 금속 그레이팅(120)의 상부에 포물선 형상의 반사면(130a)을 포함하는 반사 미러(130)을 마련하게 되면, 상기 금속 그레이팅(120) 상에서 방사되는 전자기파들을 방향성을 가지고 집속시킬 수 있게 된다.The reflection mirror 130 may be provided on the upper portion of the metal grating 120. The reflection mirror 130 may include a parabolic reflection surface 130a that reflects the electromagnetic waves to one another in one direction. That is, when the reflective mirror 130 includes the parabolic reflection surface 130a and the metal grating 120 is located at the focal point of the parabola P formed by the reflective surface 130a of the reflective mirror 130 The electromagnetic waves radiated in various directions on the metal grating 120 may be reflected by the reflecting surface 130a and then proceed in parallel with each other in one direction. The reflection mirror 130 including the parabolic reflection surface 130a may be provided on the metal grating 120 so that the electromagnetic waves radiated on the metal grating 120 can be focused and focused do.

도 6에는 전술한 도 2와 마찬가지로, 반사미러(130)의 반사면(130a)에 의해 형성되는 포물선(P)의 초점 위치에 금속 그레이팅(120)이 마련되고, 금속 그레이팅(120) 상에서 전자빔(B) 진행방향에 대하여 각각 θ1, θ2, θ3 및 θ4(여기서, θ1>θ2>θ3>θ4)의 각도로 방사되는 전자기파들(W1,W2,W3,W4)이 포물선 형상의 반사면(130a)에서 반사된 후 일방향(예를 들면, x 방향)으로 서로 나란하게 진행되는 모습을 예시적으로 도시하고 있다. 여기서, z 방향으로 갈수록 더 높은 주파수를 가지는 전자기파들이 진행하게 된다. 즉, θ1의 방사각도로 방사되어 상기 반사 미러(130)에 의해 반사되는 전자기파(W1)가 가장 낮은 주파수를 가지게 되고, θ4의 방사각도로 방사되어 상기 반사 미러(130)에 의해 반사되는 전자기파(W4)가 가장 높은 주파수를 가지게 된다.6, a metal grating 120 is provided at a focal point of a parabola P formed by the reflective surface 130a of the reflection mirror 130, and an electron beam (not shown) is formed on the metal grating 120 B) respectively, θ 1, θ 2, θ 3 and θ 4 with respect to the direction (where, θ 1> θ 2> θ 3> θ 4) electromagnetic waves (W 1, W 2, W radiated at an angle of 3, W 4 are reflected from the parabolic reflection surface 130a and are parallel to each other in one direction (for example, x direction). Here, electromagnetic waves having a higher frequency advance in the z direction. That is, the electromagnetic wave W 1 emitted at the radiation angle of? 1 and reflected by the reflection mirror 130 has the lowest frequency, is emitted at the radiation angle of? 4 , reflected by the reflection mirror 130 The electromagnetic wave W 4 having the highest frequency has the highest frequency.

서로 나란하게 진행하는 전자기파들의 진행 경로 상에는 상기 다양한 파장의 전자기파들 중 선택된 파장을 가지는 전자기파만을 통과시키는 슬릿(140)이 마련될 수 있다. 도 6에는 상기 슬릿(140)이 4개의 전자기파들(W1,W2,W3,W4) 중 θ2의 방사각도로 방사되어 반사 미러(130)에 의해 반사되는 전자기파(W2)가 투과되는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 도 6에서 슬릿을 z 방향으로 이동하게 되면 다른 파장의 전자기파(W1,W3,W4) 를 선택적으로 투과시킬 수 있다. 한편, 상기 슬릿(140)은 한 파장 뿐만아니라 2 이상의 파장을 가지는 전자기파들을 투과시키는 것도 가능하다.On the path of the electromagnetic waves traveling in parallel to each other, a slit 140 for passing only electromagnetic waves having a selected wavelength among the electromagnetic waves of the various wavelengths may be provided. 6 shows the slits 140 are four electromagnetic waves (W 1, W 2, W 3, W 4) is emitted from a radiation angle of θ 2 waves (W 2) which is reflected by the reflecting mirror 130 The case of transmission is illustrated by way of example. In FIG. 6, when the slit is moved in the z direction, the electromagnetic waves W 1 , W 3 and W 4 of different wavelengths can be selectively transmitted. Meanwhile, the slit 140 may transmit not only one wavelength but also electromagnetic waves having two or more wavelengths.

상기와 같은 구조에서, 상기 반사미러(130)에 의해 반사되어 서로 나란하게 진행하는 다양한 파장의 전자기파들 중 특정 파장을 가지는 전자기파만이 상기 슬릿(140)을 통과하게 되고, 이러한 특정 파장의 전자기파가 스펙트로스코피의 광원으로 사용되어 물질을 분석하게 된다.In the above structure, only the electromagnetic wave having a specific wavelength among the electromagnetic waves of various wavelengths reflected by the reflection mirror 130 and passing parallel to each other passes through the slit 140, and the electromagnetic wave of the specific wavelength It is used as a light source of spectroscopy to analyze the material.

이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims.

110... 전자방출원 120... 금속 그레이팅
120a... 금속 그레이팅의 상면
130... 반사 미러
130a... 반사 미러의 반사면
140... 슬릿110 ... electron emission source 120 ... metal grating
120a ... upper surface of the metal grating
130 ... reflection mirror
130a ... Reflecting mirror reflecting surface
140 ... slit

Claims (12)

전자빔을 방출하는 전자방출원; 및
상기 전자빔과 상호 작용하여 전자기파들을 발생시키는 것으로, 상기 전자빔과 상호 작용하는 일면이 상기 전자빔의 진행 방향과 나란하면서 상기 전자빔에 대해 오목한 곡면 형상을 가지는 형성된 금속 그레이팅(metal grating);을 포함하는 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기. An electron emission source that emits an electron beam; And
And a metal grating having a concave curved surface with respect to the electron beam, the metal grating having a concave surface with respect to the electron beam, the surface of the metal grating interacting with the electron beam to generate electromagnetic waves, Purcell Tera Hertz Oscillator. 제 1 항에 있어서,
상기 전자빔은 곡면 형상의 단면을 가지며, 상기 금속 그레이팅의 일면은 상기 전자빔의 형상에 대응하는 형상의 오목한 곡면을 포함하는 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기. The method according to claim 1,
Wherein the electron beam has a curved cross-section, and wherein one side of the metal grating includes a concave surface of a shape corresponding to the shape of the electron beam. 제 2 항에 있어서,
상기 금속 그레이팅의 일면은 원호 형상 또는 포물선 형상의 단면을 포함하는 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기. 3. The method of claim 2,
One surface of the metal grating includes an arc-shaped or parabolic cross-section. 제 2 항에 있어서,
상기 금속 그레이팅의 일면은 상기 전자빔의 진행 방향을 따라 주기적인 요철 구조를 가지는 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기. 3. The method of claim 2,
One surface of the metal grating has a periodic concave-convex structure along the traveling direction of the electron beam. 제 2 항에 있어서,
상기 금속 그레이팅과 이격되게 마련되어 상기 전자기파들을 반사시키는 반사 미러를 더 포함하는 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기.3. The method of claim 2,
Further comprising a reflective mirror spaced apart from the metal grating to reflect the electromagnetic waves. ≪ Desc / Clms Page number 19 > 제 5 항에 있어서,
상기 반사 미러는 상기 금속 그레이팅 상에서 방사되는 전자기파들을 반사시켜 일방향으로 서로 나란하게 진행시키는 포물선 형상의 반사면을 포함하는 스미스-퍼셀 테라헤르츠 발진기. 6. The method of claim 5,
Wherein the reflective mirror includes a parabolic reflective surface that reflects electromagnetic waves radiated on the metal grating and propagates parallel to one another in one direction. 전자빔을 방출하는 전자 방출원;
상기 전자빔과 상호 작용하여 전자기파들을 발생시키는 것으로, 상기 전자빔과 상호 작용하는 일면이 상기 전자빔의 진행 방향과 나란하면서 상기 전자빔에 대해 오목한 곡면 형상을 가지는 금속 그레이팅; 및
상기 금속 그레이팅과 이격되게 마련되어 상기 전자기파들을 반사시키는 반사 미러;를 포함하는 스펙트로스코피용 광원 장치.An electron emission source that emits an electron beam;
A metal grating for interacting with the electron beam to generate electromagnetic waves, the metal grating having a concave curved surface with respect to the electron beam, the surface being in parallel with a traveling direction of the electron beam; And
And a reflection mirror provided so as to be spaced apart from the metal grating to reflect the electromagnetic waves. 제 7 항에 있어서,
상기 전자빔은 곡면 형상의 단면을 가지며, 상기 금속 그레이팅의 일면은 상기 전자빔의 형상에 대응하는 형상의 오목한 곡면을 포함하는 스펙트로스코피용 광원 장치.8. The method of claim 7,
Wherein the electron beam has a curved cross-section, and one surface of the metal grating includes a concave curved surface having a shape corresponding to the shape of the electron beam. 제 8 항에 있어서,
상기 반사 미러는 상기 금속 그레이팅 상에서 방사되는 전자기파들을 반사시켜 일방향으로 서로 나란하게 진행시키는 포물선 형상의 반사면을 포함하는 스펙트로스코피용 광원 장치.9. The method of claim 8,
Wherein the reflection mirror includes a parabolic reflection surface for reflecting the electromagnetic waves radiated on the metal grating and advancing in parallel in one direction. 제 9 항에 있어서,
상기 나란하게 진행하는 전자기파들 중 적어도 하나를 통과시키는 슬릿(slit)을 더 포함하는 스펙트로스코피용 광원 장치.10. The method of claim 9,
And a slit through which at least one of the electromagnetic waves traveling in parallel is passed. 제 9 항에 있어서,
상기 금속 그레이팅의 일면은 원호 형상 또는 포물선 형상의 단면을 포함하는 스펙트로스코피용 광원 장치.10. The method of claim 9,
Wherein one surface of the metal grating includes an arc-shaped or parabolic cross-section. 제 9 항에 있어서,
상기 금속 그레이팅의 일면은 상기 전자빔의 진행 방향을 따라 주기적인 요철 구조를 가지는 스펙트로스코피용 광원 장치.10. The method of claim 9,
Wherein one surface of the metal grating has a periodic concavo-convex structure along the traveling direction of the electron beam.
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