KR20020093288A - 테라헤르츠파 전송을 위한 플라스틱 광결정 섬유 및 그제조 방법 - Google Patents

테라헤르츠파 전송을 위한 플라스틱 광결정 섬유 및 그제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 테라헤르츠파 전송을 위한 플라스틱 광결정 섬유(Plastic Photonic Crystal Fiber) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 테라헤르츠(Terahertz)대역의 전자파를 전송할 수 있는 도파로(waveguide)로 사용하기 위하여, 제조가 용이하며, 광결정 구조를 채용함으로써 저손실의 특성을 가지는 새로운 구조의 플라스틱 광결정 섬유 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명에 의하여 제공되는 플라스틱 광결정 섬유는, 길이 방향의 축을 갖는 결정결함부; 및 결정결함부를 둘러싸는 광결정부를 포함하며, 여기서 광결정부는 축방향에 수직한 단면이 소정의 격자상수를 가지는 2차원 광결정 구조를 이루며, 길이 방향의 축을 가지는 다수의 플라스틱 요소들의 배열로 이루어진 플라스틱 광결정 섬유이다. 또한 본 발명에 의하여 제공되는 플라스틱 광결정 섬유는 광통신용 플라스틱 광결정 섬유의 제작을 위한 플라스틱 프리폼(preform)으로 사용될 수 있다.

Description

테라헤르츠파 전송을 위한 플라스틱 광결정 섬유 및 그 제조 방법{PLASTIC PHOTONIC CRYSTAL FIBER FOR TERAHERTZ WAVE TRANSMISSION AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 테라헤르츠파 전송을 위한 플라스틱 광결정 섬유(Plastic Photonic Crystal Fiber; 이하 PPCF라 칭함) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 테라헤르츠(Terahertz; THz 이하 THz라 칭함) 전자파 혹은 빛(photon)을 전송할 수 있는 도파로(waveguide)로 사용하기 위하여, 제조가 용이하며, 광결정 구조를 채용함으로써 저손실의 특성을 가지는 새로운 구조의 플라스틱 광결정 섬유 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
광결정(Photonic Crystal)이란 유전체를 주기적으로 배열하여, 광자 띠 간격 (Photonic Band Gap)을 형성하도록 하여 특정한 파장을 가진 전자기파를 선택적으로 통과 혹은 차단시킬 수 있도록 한 구조를 말한다.
최근 원적외선(far infrared) 영역인 THz(0.1-10 THz) 기술이 발전함에 따라 THz 주파수 대역에서 사용할 수 있는 손실이 적은 도파로에 관한 관심이 높아지고 있다. 하지만 현재 사용되고 있는 THz 소자나 측정 시스템의 경우 적당한 THz 도파로가 없기 때문에 대부분 부피가 크고 가격이 비싼 거울이나 렌즈를 이용하여 공기중으로 THz파를 전송하고 있다. 따라서 일부 연구 그룹에서는 금속도파로(G. gallot et al., J. Opt. Soc., vol. 17, p. 851, 2000), 사파이어 섬유(S. P. Jamison et al., Appl. Phys. Lett., vol. 76, p. 1987, 2000), 플라스틱 리본(R. mendis et al., J. Appl. Phys., vol. 88, p. 4449, 2000)을 이용한 저손실 THz 도파로에 대한 연구가 보고된 바 있다.
한편, 최근에 실리카(silica)로 만든, 광결정 섬유(Photonic Crystal Fiber; 이하 PCF라 칭함)라는 새로운 도파로에 관한 연구가 전세계적으로 진행되고 있다. 이러한 PCF는 넓은 파장대역에 걸쳐서 단일 모드(single mode) 특성(T. A. Birks et al., Opt. Lett., vol. 22, p. 961, 1997)을 가질 수 있고 전송손실이 매우 작은 공기도파(air guiding) 특성(R. F. Cregan, Science, vol. 285, p. 1537, 1999)을 가지도록 설계될 수 있는 등 기존의 광섬유가 가지지 못한 새로운 특성을 가지고 있다.(WO 00/37974, WO 99/64903)
그러나 전술한 금속도파로, 사파이어 섬유, 플라스틱 리본은 사용된 물질이나 도파로의 형태로 볼 때 손실이 여전히 클 뿐만 아니라, 물리적으로 유연한 (flexible) 실용적인 THz 도파로 제작에는 많은 어려움이 있으며, 실리카 PCF의 경우도 THz 주파수 대역에 맞도록 설계될 경우, 마찬가지로 전송손실이 매우 높으며 유연한 도파로 제작이 불가능하다. 따라서 본 발명에서는 이러한 기존 연구의 한계를 극복하기 위한 PPCF를 제작하였으며 THz파 전송 실험도 수행되어 THz 대역에서의 저손실 특성에 관한 탁월한 효과를 검증하였다.
본 발명은 이와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제작이 용이하고, 재료의 단가가 낮으며, 전송손실이 낮고, 유연한 THz 대역의 도파로를 제작하여 실용적으로 널리 쓰일 수 있는 플라스틱 광결정 섬유 및 그 제조 방법과 플라스틱 광결정 섬유를 통한 테라헤르츠파의 전송방법의 제공을 위한 것이다. 또한, 본 발명의 플라스틱 광결정 섬유와 동일한 구조를 가진 광통신용 플라스틱 광 결정 섬유를 제작하기 위한 프리폼을 제공하기 위한 것이다.
도1a는 본 발명의 한 특징에 의한 플라스틱 광결정 섬유의 한 바람직한 실시예를 나타낸다.
도1b에서는 중심의 결정결함부를 둘러싼 광결정부에 의하여 이루어지는 광결정 섬유의 구성을 나타내었다.
도2는 본 발명의 다른 한 가지 특징에 의한 플라스틱 광결정 섬유의 한 바람직한 실시예를 나타낸다.
도3a는 3각형 격자 구조(triangular)의 한 예를 나타낸다.
도3b는 체심 입방 구조의 한 예를 나타낸다.
도3c는 벌집 격자 구조의 한 예를 나타낸다.
도3d는 Kagom격자 구조의 한 예를 나타낸다.
도3e는 벌집 격자 구조의 형태로 삽입된 작은 반경의 요소를 더 가지는 변형된 3각형 격자 구조의 한 예를 나타낸다.
도3f는 Kagom격자 구조의 형태로 삽입된 작은 반경의 요소를 더 가지는 변형된 3각형 격자 구조의 한 예를 나타낸다.
도4는 본 발명의 또 다른 한 가지 특징에 의한 플라스틱 광결정 섬유 제조방법의 한 바람직한 실시예를 블록선도로 나타낸다.
도5는 본 발명의 또 다른 한 가지 특징에 의한 플라스틱 광결정 섬유 제조방법의 한 바람직한 실시예를 블록선도로 나타낸다.
도6은 본 발명의 또다른 특징에 의한 플라스틱 광결정 섬유를 통한 테라헤르츠파의 전송방법의 한 바람직한 실시예를 나타낸다.
도7은 본 발명의 한 바람직한 실시예를 실제로 구현한 것으로서, 외경이 500㎛이고 두께가 50㎛인 고밀도 폴리에틸렌 튜브와 외경이 500 ㎛인 한 개의 고밀도 폴리에틸렌 필라멘트로 이루어진 고 굴절율 결정결함부(HID) 플라스틱 광결정 섬유의 단면 사진을 나타낸다.
도8은 외경이 500 ㎛이고 두께가 50 ㎛인 고밀도 폴리에틸렌 튜브와 7 개의 공기구멍(air hole)로 이루어진 저 굴절율 결정결함부(LID) 플라스틱 광결정 섬유의 단면 사진을 나타낸다.
도9는 위의 도6의 플라스틱 광결정 섬유의 실제 2차원 광결정 구조상에서, 수치해석을 통하여 계산한 제 1차 도파모드 (fundamental guided mode)의 전기장 세기 분포를 나타낸다.
도10은 위의 도6의 플라스틱 광결정 섬유를 이용한 테라헤르츠파의 전송실험 결과를 나타낸다.
도11은 위의 도6의 플라스틱 광결정 섬유에 의하여 전송된 테라헤르츠 펄스의 스펙트럼을 나타낸다.
도12는 고 굴절율 결정결함부(HID) 광결정 섬유의 테라헤르츠 대역 주파수에 대한 유효 굴절율(effective index)과 그룹 굴절율(group index)을 측정한 결과를 나타낸다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 결정결함부200: 광결정부
10: 플라스틱 요소의 내부12: 플라스틱 요소의 외벽
14: 플라스틱 요소의 외경16: 플라스틱 요소의 벽 두께
20: 격자 상수30: 다수의 플라스틱 요소
40: 다수의 플라스틱 필라멘트
130: 기본 격자를 이루는 플라스틱 요소들
132: 보조 플라스틱 요소들
이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 한 특징에 의한 플라스틱 광결정 섬유는, 길이 방향의 축을 갖는 결정결함부; 및 상기 결정결함부를 둘러싸는 광결정부를 포함하며, 여기서 상기 광결정부는 상기 축방향에 수직한 단면이 소정의 격자상수를 가지는 2차원 광결정 구조를 이루며, 길이 방향의 축을 가지는 다수의 플라스틱 요소들의 주기적 배열로 이루어진다.
본 발명의 다른 한 특징에 의한 플라스틱 광결정 섬유의 제조방법은, 길이방향의 축을 가지며, 소정의 직경을 갖는 하나 이상의 결정결함부 요소를 준비하는 단계; 길이 방향의 축을 가지며, 소정의 직경을 갖는 다수의 플라스틱 요소를 준비하는 단계; 상기 하나 이상의 결정결함부 요소를 둘러싸고 상기 다수의 플라스틱 요소들을 소정의 격자상수를 가지는 2차원 광결정 구조를 이루도록 주기적으로 배열하는 단계; 및 상기 다수의 플라스틱 요소들 중 서로 인접한 요소들이 서로 접착되도록 하는 소정 온도 이상에서 열처리하는 단계를 포함한다.
바람직하게는 상기 플라스틱 광결정 섬유 제조방법의 상기 열처리하는 단계는 상기 결정결함부 요소와 그에 인접한 상기 플라스틱 요소들이 서로 접착되지 않도록 하는 소정 온도 이하에서 열처리하는 단계이며, 상기 광결정 섬유 제조방법은 상기 결정결함부 요소를 제거하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는 상기 결정결함부 요소는 저점착성 및 저마찰성의 표면을 가지며, 상기 결정결함부 요소를 제거하는 단계는 상기 결정결함부 요소가 저마찰성 및 저점착성의 표면을 가진 것을 이용하여 상기 요소의 어느 한쪽 단으로부터 빼내어 제거하는 단계를 포함한다.
바람직하게는 상기 결정결함부 요소는 적어도 폴리테트라플루오로에틸렌 (polytetrafluoroethylene) 튜브 및 필라멘트의 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 한 특징에 의한 플라스틱 광결정 섬유를 통한 테라헤르츠파의 전송방법은, 길이 방향의 축을 갖는 결정결함부 및 상기 결정결함부를 둘러싸는 광결정부를 포함하며, 여기서 상기 광결정부는 상기 축방향에 수직한 단면이 소정의 격자상수를 가지는 2차원 광결정 구조를 이루며, 길이 방향의 축을 가지는 다수의 플라스틱 요소들의 주기적 배열로 이루어지는 플라스틱 광결정 섬유를 준비하는 단계; 및 상기 플라스틱 광결정 섬유를 통하여 테라헤르츠 대역의 전자기파를 전송하는 단계를 포함한다.
바람직하게는 상기 광결정부에 있어서, 상기 다수의 플라스틱 요소들의 재료는 테라헤르츠파 영역에서 소광계수(extinction coefficient)가 10-2이하의 값을 가진다.
바람직하게는 상기 광결정부에 있어서, 상기 다수의 플라스틱 요소들의 재료는 고밀도 폴리에틸렌일 수 있다.
바람직하게는 상기 광결정부에 있어서, 상기 다수의 플라스틱 요소들은 다수의 플라스틱 튜브들 및 다수의 플라스틱 필라멘트들 중 적어도 어느 한 가지를 포함한다.
바람직하게는 상기 광결정부에 있어서, 상기 2차원 광결정 구조는 수 밀리미터 이하의 격자상수를 갖는 광결정 구조이다.
바람직하게는 상기 광결정부에 있어서, 상기 2차원 광결정 구조는 3각형 격자 구조, 체심 입방 구조, 벌집(honeycomb) 격자 구조 또는 Kagom격자 구조일 수 있다.
바람직하게는 상기 광결정부는, 변형된 2차원 광결정 구조를 이루기 위해, 상기 격자 구조의 각각의 결정 틈새(interstitial position)에, 기본 격자 구조를 이루는 상기 플라스틱 요소들에 비하여 반경 또는 튜브 두께가 다른 보조 플라스틱요소들을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 결정결함부는 상기 광결정부에 비하여 낮은 굴절율을 가질 수도 있다.
바람직하게는 상기 낮은 굴절율을 가지는 경우, 상기 결정결함부는 상기 광결정부를 이루는 상기 2차원 결정구조에서 적어도 한 개의 요소와 그를 둘러싼 6개의 요소들 이상의 단면 크기를 갖는다.
바람직하게는 상기 결정결함부는 상기 광결정부에 비하여 높은 굴절율을 가질 수도 있다.
바람직하게는 상기 높은 굴절율을 갖는 경우, 상기 결정결함부는 테라헤르츠파 영역에서 소광계수(extinction coefficient)가 10-2이하의 값을 가지는 하나 이상의 플라스틱 요소로 구성된다.
바람직하게는 상기 결정결함부를 구성하는 상기 플라스틱 요소는 하나 이상의 고밀도 폴리에틸렌 튜브 또는 필라멘트일 수 있다.
본 발명의 또 다른 한 특징에 의한 플라스틱 광결정 섬유 프리폼은, 길이 방향의 축을 갖는 결정결함부; 및 상기 결정결함부를 둘러싸는 광결정부를 포함하며, 여기서 상기 광결정부는 상기 축방향에 수직한 단면이 소정의 격자상수를 가지는 2차원 광결정 구조를 이루며, 길이 방향의 축을 가지는 다수의 플라스틱 요소들의 주기적 배열로 이루어진다.
바람직하게는 상기 프리폼의 상기 광결정부에 있어서, 상기 다수의 플라스틱요소들의 재료는 400nm에서 800nm 대역에서 1000dB/km 이하의 감쇄 계수 (attenuation coefficient)를 가지는 플라스틱이다.
바람직하게는 상기 프리폼의 상기 광결정부에 있어서, 상기 다수의 플라스틱 요소들의 재료는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetacrylate: PMMA), 폴리스티렌(polystyrene) 또는 폴리카보네이트(polycarbonate)일 수 있다.
바람직하게는 상기 프리폼의 상기 결정결함부는 상기 광결정부에 비하여 높은 굴절율을 가질 수도 있다.
바람직하게는 상기 높은 굴절율을 갖는 경우, 상기 결정결함부는 400nm에서 800nm 대역에서 1000dB/km 이하의 감쇄 계수(attenuation coefficient)를 가지는 하나 이상의 플라스틱 요소로 구성된다.
바람직하게는 상기 결정결함부를 구성하는 상기 플라스틱 요소는 하나 이상의 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetacrylate:PMMA), 폴리스티렌(polystyrene ) 또는 폴리카보네이트(polycarbonate) 튜브 또는 필라멘트일 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 한 특징에 의한 플라스틱 광결정 섬유의 한 바람직한 실시예를 나타낸다. 도1a에 나타낸 바와 같이 본 발명의 한 바람직한 실시예는 결정결함부(100) 및 광결정부(200)를 포함하며, 여기서 광결정부(200)는 도1a와 같이 소정의 격자상수를 가지는 2차원 광결정 구조를 이루도록 배열되어 있다.
도1b에서는 중심의 결정결함부(100)를 둘러싼 광결정부(200)의 구성을 나타내었다. 도1b와 같이 중심에 단일한 결정결함부(100)에 의하여 단일한 전송 영역을 가지도록 하여 구성할 수도 있으나, 도1a와 같이 하나의 필라멘트로 구성하지 않고, 다수의 필라멘트로 결정결함부(100)를 구성하는 것도 가능하며, 여기서 결정결함부(100)의 수가 많고 적음이 발명의 특징을 제약하는 본질적 요소가 아님은 또한 자명하다. 또한, 필라멘트를 사용하지 않고 광결정부(200)를 이루는 튜브에 비하여 두꺼운 튜브를 사용할 수도 있다. 즉, 이 구조에서는 결정결함부(100)의 굴절율이 광결정부(200)에 비하여 높기만 하면 되므로 이와 같은 조건을 만족하는 한 다양한 변형이 가능하다.
광결정부(200)는 도1a에 나타낸 바와 같이 소정의 격자상수(20)에 따라 주기적으로 배열된 다수의 플라스틱 요소들(30)로 이루어지며, 도1의 실시예에서는 위의 플라스틱 요소는 플라스틱 튜브로서 이들이 3각형 격자 구조(triangular 구조)로 배열된 예를 나타내었다. 하지만, 격자구조의 차이가 발명의 특징을 제한하는 본질적 요소는 아니며, 2차원의 체심 입방 구조(Body Centered Cubic), 벌집 (honeycomb) 격자 구조(J. Broeng at al., WO 99/64903), Kagom격자 구조(J. B. Nielson et al., Electronics Letters 35, pp1736-1737, 1999) 등의 이미 알려진 많은 광결정의 격자구조가 사용될 수 있다. 도3에서는 위에서 나열된 격자 구조의 다양한 예를 도시하였는데, 도3a에서는 3각형 격자 구조(triangular), 도3b에서는 체심 입방 구조, 도3c에서는 벌집 격자 구조 그리고 도3d에서는 Kagom격자 구조를 나타내었다. 도3a의 3각형 격자 구조나 도3b의 체심 입방 구조는 다수의 플라스틱 튜브나 또는 다수의 플라스틱 필라멘트로 구현될 수도 있으며, 도3c의 벌집 격자 구조나 도3d의 Kagom격자 구조는 다수의 두께가 다른 플라스틱 튜브의 조합이나 또는 다수의 플라스틱 필라멘트(40) 및 튜브(30)의 조합에 의하여 도3c 및 도3d와 같이 구현될 수 있다. 또한, 도3e 및 도3f에 나타낸 바와 같이, 주된 격자 구조의 결정 틈새(interstitial position)에 주된 격자 구조를 이루는 튜브나 필라멘트와 같은 요소들에 비해 반경이나 튜브두께가 다른 요소들을 위의 벌집 격자 구조나 Kagom격자 구조의 형태로 부가하여 변형된 2차원 광 결정 구조를 얻는 것도 가능하다.(참조 WO 99/64903)
여기서, 통상의 광 전송을 위한 광 섬유(optical fiber)와 대비하면, 광을 주로 가두어 전송하는 부분인 코어(core) 부분은 위의 결정결함부(100)에 해당하게 되며, 이를 둘러싼 클래딩(cladding)부분이 위의 광결정부(200)에 해당된다.
광결정부를 이루는 플라스틱 요소는 본 발명의 목적인 테라헤르츠파 영역의 저손실 전송을 위한 도파로를 제공하기 위하여, 테라헤르츠파 영역에서 소광계수 (extinction coefficient)가 10-2이하의 작은 값을 가지는 플라스틱 재질임이 바람직하며, 따라서 사용될 플라스틱의 흡수계수(absorption coefficient), 혹은 소광계수(extinction coefficient)가 작을수록 바람직하다. 예를 들어, 현재 THz 영역에서 렌즈에 사용되는 투과성 광학 재료(transmissive optical material)들이 그에 해당될 수 있으며, 구체적으로는 비극성 폴리머(nonpolar polymer)인 폴리에틸렌 (polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리메틸펜테인(polymethylpentane : TPX), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene: Teflon), 폴리스틸렌(polystyrene) 등을 들 수 있다. [참고문헌: G. W. Chantry et al., Chemical Phys. Lett., vol. 10, p. 473 (1971), G. Gruner (ed.): Millimeter and submillimeter wave spectroscopy of solids, Topics in Applied Physics, vol. 74, p. 77 (Springer, Berlin, Heidelberg, New York 1998)]
그중 특히 폴리에틸렌(polyethylene)은 THz 전체 주파수 영역에서 소광계수가 10-3이하로서 매우 낮은 손실 특성을 가지고 있으며, 이는 1 THz에서 흡수계수가 0.2 cm-1보다 작은 것에 해당한다. [G. W. Chantry et al., Chemical Phys. Lett., vol. 10, p. 473 (1971)] 따라서, 본 실시예에서는 고밀도 폴리에틸렌을 사용하여 본 발명의 주된 효과를 검증하였다.
또한, 테라헤르츠파 영역의 전자기파를 전송하기 위하여서는, 특히 광자 띠 간격 효과를 이용하는 경우, 광결정부(200)가 그에 적절한 격자상수(lattice constant)를 가지도록 하여야 하는데, 파장이 변함에 따른 굴절률의 변화가 작다면 격자상수는 파장에 비례하여 결정된다. 즉, THz파 전 영역에 걸쳐 응용될 수 있기 위해서는 격자상수는 수 mm 보다 작은 값을 가짐이 바람직하다.
따라서, 같은 격자구조라면 광통신 대역(파장 1.3 - 1.6 μm)에서 사용되는 PCF와 THz파에 사용되는 PCF의 경우, 광통신 대역과 THz 영역에서의 굴절률이 비슷하다면 THz파에 사용되는 PCF의 격자상수가 광통신 대역(파장 1.3 - 1.6 μm)에서 사용되는 PCF의 격자상수보다 수십에서 수천배까지 더 커져야 함을 알 수 있다. (왜냐하면 0.1-10 THz는 30-3000 μm에 해당하므로) 즉, 위에서 인용된 공지 기술에서 현재 광통신 파장에서 사용될 목적의 PCF(PCT/DK99/00279)보다 전체 직경이 수십에서 수천배까지 커져야 하기 때문에 THz 영역에서 사용될 도파로가 유연성을 가지려면 polyethylene과 같이 유연성을 가진 물질이 적절함을 알 수 있다.
본 실시예에서의 결정결함부(100)의 크기는 제한이 없으며, 이는 광전송을 위해 결정결함부 영역에 빛을 국한시키기 위한 물리적 기구는 광자 띠 간격 (Photonic Band Gap) 효과가 아닌 일반적인 내부 전반사(total internal reflection)이라는, 기존의 유전체 도파로(dielectric waveguide)의 물리적 기구와 같기 때문이다. 단지 결정결함부를 이루는 재질의 굴절율이 주변 클래딩(cladding) 부분보다 더 높기만 하면 된다.
도2는 본 발명의 다른 한 가지 특징에 의한 플라스틱 광결정 섬유의 한 바람직한 실시예를 나타낸다. 도1a의 실시예와 같이 결정결함부(100) 및 광결정부 (200)를 포함하며, 여기서 광결정부(200)는 도1a의 경우와 마찬가지로 소정의 격자상수를 가지는 2차원 광결정 구조를 이루도록 배열되어 있다.
광결정부(200)의 경우, 도1의 실시예에서 설명한 내용이 그대로 적용되므로 상세한 기술을 생략한다. 그러나 결정결함부(100)의 경우는 위와 내용을 달리하는데, 이 경우 광전송을 위한 물리적 기구는 광자 띠 간격(Photonic Bandgap) 효과에 의존하며, 결정결함부(100)에 광전송을 위한 모드(mode)가 존재하기 위해서는 결정 격자상에서 적어도 한 개의 요소와 그에 인접한 6개의 요소를 뺀 구조, 즉 적어도 7개 이상의 요소가 빠진 구조로 만드는 것이 바람직하다.
이 경우, 결정결함부(100)는 위의 광결정부(200)를 이루는 개개의 플라스틱요소(30)(본 실시예에서는 튜브)의 내부(10)와 같이 공기로 채워질 수 있으며, 특히 수분이 제거된 공기중의 손실은 극히 적으므로 본 실시예에 의하여 매우 손실이 낮은 극저손실 테라헤르츠 도파로의 구현이 가능하여 진다.
응용목적에 따라 위의 광결정부(200) 플라스틱 요소(30)로 사용된 튜브의 내부나 위의 결정결함부(100)는 공기가 아닌 특정한 광학적 특성을 가진 다른 기체나 액체, 혹은 폴리머와 같은 고체로 채워질 수도 있다.
도4에서는 본 발명의 또 다른 한 가지 특징에 의한 플라스틱 광결정 섬유 제조방법의 한 바람직한 실시예를 블록선도로 나타낸다. 플라스틱 광결정 섬유 제조방법의 본 실시예는 소정의 직경을 갖는 결정결함부(100)를 임시로 채우기 위한 결정결함부 요소를 준비하는 단계(S10), 소정의 직경을 갖는 다수의 플라스틱 요소 (30)를 준비하는 단계(S20), 위의 결정결함부(100) 요소, 즉 튜브 또는 필라멘트, 를 둘러싸고 위의 다수의 플라스틱 요소(30)를 소정의 격자상수를 가지는 2차원 광결정 구조를 이루도록 배열하는 단계(S30), 위의 다수의 플라스틱 요소(30) 중 서로 인접한 요소들이 서로 접착되나, 위의 결정결함부(100) 요소와 그에 인접한 플라스틱 요소(30)들은 서로 접착되지 않도록 하는 소정의 온도범위 내에서 열처리하는 단계(S40) 및 결정결함부(100)를 임시로 채우는 결정결함부 요소를 제거하는 단계(S50)로 구성된다.
본 실시예는 도2에 나타낸 바와 같은 구조를 갖는 광결정 섬유를 제작하기 위한 것이며, 여기서 위의 결정결함부(100) 요소(본 실시예에서는 플라스틱 튜브)를 배열하는 단계(S30)에서는, 위의 플라스틱 요소(30)들이 위에서 나열한 특정한광결정 구조 중 하나(예를 들어, 3각형 결정 구조 : triangular lattice)를 가지도록 배열한다. 광결정 섬유가 도파로로 사용되기 위해서는 결정결함부(100)의 존재가 필수적이며, 여기서 결정결함부(100)의 종류는 결정결함부(100)의 굴절율 (refractive index)이 주변보다 높거나 낮음에 따라 고 굴절율 결정결함부(high index defect, 이후 'HID'라 기술함) 또는 저 굴절율 결정결함부(low index defect,이후 'LID'라 기술함)가 있다. 본 실시예에서는 위의 LID를 구현하기 위하여 결정결함부(100)를 구성할 위치에 위의 플라스틱 튜브, 예를 들어 HDPE 튜브, 대신에 녹는점이 더 높은 재질의, 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌, 필라멘트 또는 튜브가 삽입되도록 하고(S30), 열적 결합(thermal fusion) 과정을 거쳐 (예를 들어, 전체 구조를 전기오븐에 넣고 137 ℃ 정도에서 1시간 정도 가열) HDPE 튜브가 부분적으로 녹아서 서로 잘 붙도록 한다(S40). 이러한 열적 결합 과정을 거친 후 결정결함부의 위치에 삽입되어 있는 필라멘트 또는 튜브를 뽑아내면(S50), 최종적 구조는 공기 구멍이 결정결함부(100)로서 중심에 위치한 LID 광결정 섬유를 얻을 수 있다. 위의 열적 결합 이후에 위의 필라멘트 또는 튜브를 뽑아내는 것이 가능한 이유는 폴리테트라플루오로에틸렌의 용융점(300 ℃ 이상)이 HDPE에 비해서 훨씬 높고, 표면이 매우 미끄러운 특성이 있기 때문이다.
여기서, 표면의 미끄러운 특성이란 '저점착성' 및 '저마찰성'을 말하며, 본 실시예에서는 폴리테트라플루오로에틸렌의 경우를 예로 들었으나, 다른 물질로도 가능할 수 있음은 물론이며, 이는 발명의 본질적 내용을 제한하는 요소가 될 수 없다. 다른 재료로써 폴리테트라플루오로에틸렌을 대체하기 위해서는 다음과 같은 성질이 요구된다.
1) 녹는점이 광결정부(200)의 플라스틱 요소(30)를 이루는 물질(예를 들어, 본 실시예의 경우는 폴리에틸렌)보다 높아야 한다. 이는, 위의 열적 결합(S40) 시에 녹아 붙지 않도록 하기 위해서이다.
2) 위의 결정결함부(100)를 만들기 위하여 열적 결합(S40) 이후 뽑아낼 때(S50), 적은 힘으로도 쉽게 빠질 수 있도록 저점착성과 저마찰성의 성질을 가져야 한다. 뽑아낼 때, 필라멘트 자체의 인장강도보다 큰 힘을 필요로 하여 필라멘트 또는 튜브 (예를 들어 본실시예의 경우는 폴리테트라플루오로에틸렌 필라멘트 또는 튜브)가 끊어지는 일이 없어야 하며, 또한 뽑아낼 때 광결정부(200)의 플라스틱 요소나 결정구조에 손상이 가지 않아야 하기 때문이다.
도5에서는 본 발명의 또 다른 한 가지 특징에 의한 플라스틱 광결정 섬유 제조방법의 한 바람직한 실시예를 블록선도로 나타낸다. 플라스틱 광결정 섬유 제조방법의 본 실시예는 소정의 직경을 갖는 결정결함부(100)를 구성하기 위한 결정결함부 요소를 준비하는 단계(S10), 소정의 직경을 갖는 다수의 플라스틱 요소(30)를 준비하는 단계(S20), 위의 결정결함부(100) 요소를 둘러싸고 위의 다수의 플라스틱 요소(30)를 소정의 격자상수를 가지는 2차원 광결정 구조를 이루도록 배열하는 단계(S30) 및 위의 다수의 플라스틱 요소(30) 중 서로 인접한 요소들이 서로 접착되도록 하기 위하여 소정의 온도범위 내에서 열처리하는 단계(S40)로 구성된다.
본 실시예는 도1에 나타낸 바와 같은 구조를 갖는 광결정 섬유를 제작하기 위한 것이며, 이는 위에서 기술한 고 굴절율 결정결함부(high index defect, HID)를 가지는 광결정 섬유이다.
여기서, HID와 LID 등의 결정결함부(100)의 크기와 모양은 삽입된 결정 결함부 요소(예를 들어, HDPE 필라멘트 또는 튜브, 또는, 폴리테트라플루오로에틸렌 필라멘트 또는 튜브)의 개수에 따라 변할 수 있으므로 다양한 결정결함부(100) 형태를 가진 플라스틱 광결정 섬유(PPCF)의 제작이 가능하게 된다. 위와 같은 본 발명의 제작과정은 THz 주파수 대역이 아닌 광통신에서 사용중인 400nm ~ 800 nm 대역을 위한 PCF에 사용될 플라스틱 프리폼(preform)을 제작하는 데에도 그대로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 또다른 특징에 의한 플라스틱 광결정 섬유를 통한 테라헤르츠파의 전송방법의 한 바람직한 실시예를 도6에서 나타내었다. 본 실시예는, 길이 방향의 축을 갖는 결정결함부(100) 및 결정결함부(100)를 둘러싸는 광결정부(200)를 포함하며, 여기서 광결정부(200)는 축방향에 수직한 단면이 소정의 격자상수를 가지는 2차원 광결정 구조를 이루며, 길이 방향의 축을 가지는 다수의 플라스틱 요소(30)의 배열(예를 들어, 도1 또는 도2에 나타낸 것과 같은 배열)로 이루어진 플라스틱 광결정 섬유를 준비하는 단계(S310) 및 위의 플라스틱 광결정 섬유를 통하여 테라헤르츠 대역의 전자기파를 전송하는 단계(S320)로 이루어진다.
도7은 본 발명의 한 바람직한 실시예를 실제로 구현한 것으로서, 외경이 500 ㎛이고 두께가 50 ㎛인 고밀도 폴리에틸렌 튜브와 외경이 500 ㎛인 한 개의 고밀도 폴리에틸렌 필라멘트로 이루어진 고 굴절율 결정결함부(HID) 플라스틱 광결정 섬유의 단면 사진을 나타내고 있다.
도8은 외경이 500 ㎛이고 두께가 50 ㎛인 고밀도 폴리에틸렌 튜브와 7 개의 공기구멍(air hole)로 이루어진 저 굴절율 결정결함부(LID) 플라스틱 광결정 섬유의 단면 사진을 나타내고 있다.
도9는 위의 도7의 플라스틱 광결정 섬유의 실제 2차원 3각형 결정 구조상에서, 수치해석을 통하여 계산한 제 1차 도파모드 (fundamental guided mode)의 전기장 세기 분포를 나타내고 있다. 여기서, 주파수는 1 테라헤르츠(THz)로 가정하였으며 대부분의 THz파가 중심의 고 굴절율 결정결함부를 중심으로 국한되고 있음을 알 수 있다.
도10은 위의 도7의 플라스틱 광결정 섬유를 이용한 THz파의 전송실험 결과이다. 측정에 사용된 입사파로는 1 ps 정도의 펄스폭을 가진 THz파 펄스(도10의 작은 사각형내에 파형이 도시됨)가 사용되었으며 위의 광결정 섬유를 통과한 다음에는 고밀도 폴리에틸렌이 가진 물질분산(material dispersion)과 도파로분산(waveguide dispersion)에 의해서 펄스파형이 변형되었음을 알 수 있으며 위의 광결정 섬유에 대한 수치해석을 바탕으로 한 이론치(도10의 그래프내의 실선)과 실험(도10의 그래프내의 원형 점)이 잘 일치함을 보여주고 있다.
도11은 위의 도7의 플라스틱 광결정 섬유에 의하여 전송된 THz 펄스의 스펙트럼을 나타내고 있다. 전반적으로 스펙트럼의 크기가 약간 줄어들었으나 0.2 ~ 3 THz까지 넓은 주파수 대역에 걸쳐서 THz파가 잘 전송되었음을 알 수 있다. 여기서 실험적으로 관측된 THz 파의 손실은 구성된 실험장치에서 입사된 THz파가 도파로 모드로 전환되는 과정에서 발생한 모드불일치(mode mismatch)와 반사에 의한 손실을 포함하고 있으며, 실제로 플라스틱 광결정 섬유 안에서 전송되는 과정에서 발생하는 순수한 손실은 관측된 값 보다 작다고 판단된다. 제작에 사용된 고밀도 폴리에틸렌은 폴리에틸렌의 한 종류이며 일반적으로는 사용된 폴리에틸렌의 종류에 따라 THz파에 대한 흡수율이 다르게 될 것이다. 현재 알려진 바로는, 폴리에틸렌은 THz 주파수 영역(0.1 ~ 10 THz)에서 소광 계수(extinction coefficient)가 10-3이하로서 (Milllimeter and Submillimeter Wave Spectroscopy of Solids. ed by G. Gruner) 다른 플라스틱에 비하여 매우 낮은 흡수율을 가지고 있다. 따라서, 고밀도 폴리에틸렌을 사용한 플라스틱 광결정 섬유의 경우, 기존의 어떠한 THz 도파로 보다도 훨씬 작은 전송손실을 가질 수 있다는 것을 알 수 있으며, 특히 본 발명의 바람직한 실시예의 하나로서 위에서 제시된 바 있는, 공기로 된 저 굴절율 결정결함부(LID)를 가진 고밀도 폴리에틸렌 광결정 섬유를 이용하면 극저손실 도파로의 제작이 가능하다.
도12는 고 굴절율 결정결함부(HID) 광결정 섬유의 THz 대역 주파수에 대한 유효 굴절율(effective index, 도12의 원형 점)와 그룹 굴절율(group index, 도12의 삼각형 점)을 측정한 그림이다. 측정된 값은 수치해석의 결과(도12의 쇄선 및 실선)와 잘 일치함을 알 수 있으며, 주파수가 증가함에 따라 고밀도 폴리에틸렌이 가진 굴절율인 1.5에 근접해 감을 알 수 있다. 이러한 경향은 주파수가 커지면 THz파가 위의 결정결함부에 더욱 국한된다고 하는 이론상의 예측과 잘 일치한다.
이상과 같은 본 발명의 한 바람직한 실시예의 적용 결과는 THz 대역에서 사용될 수 있는 저손실 도파로가 고밀도 폴리에틸렌 광결정 섬유에 의해서 구현될 수 있음을 보여주며, 앞으로 THz 소자 사이나 시스템 사이의 유연한 연결도파로로서의 사용 가능성을 제시한다. 또한, 제작과 분석이 용이한 THz 대역의 고밀도 폴리에틸렌 광결정 섬유는, 상대적으로 제작이 매우 어려운 광통신용 광결정 섬유의 설계 및 검증과 이론 연구에 크게 기여할 것이며 나아가 본 발명에서 제시된 고밀도 폴리에틸렌 광결정 섬유의 제작방법은 광통신용 플라스틱 광결정 섬유를 위한 프리폼(preform)의 제작에도 직접 적용될 수 있을 것이다.
본 발명에 의하여 제공되는 플라스틱 광결정 섬유는 광통신용 플라스틱 광결정 섬유의 제작을 위한 플라스틱 프리폼(preform)으로 사용될 수 있다. 현재 근거리 광통신에 사용되는 플라스틱 광섬유(plastic optical fiber, POF)의 경우 사용되는 재료는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetacrylate: PMMA), 폴리스티렌 (polystyrene: PS) 또는 폴리카보네이트(polycarbonate: PC) 등이 있으며, 이들은 400 - 800 nm 대역에서 1.5 - 1.6 정도의 굴절률과 수백 dB/km 정도의 attenuation coefficient를 가지고 있다.(Plastic Optical Fibers, Andreas Weinert, Publicis MCD verlag, Erlagen and Munich (1999)) 이러한 POF를 제작하기 위한 방법에는 몇 가지 종류가 있으며 그 중 한 방법은 위의 재료를 사용하여 직경 수 cm 이상의 프리폼(preform)을 제작하고, 이를 가열로(furnace)안에 위치시킨 다음, 가늘게 뽑아내는 과정(drawing process)을 거치는 방법이다.
따라서 위와 같은 적합한 플라스틱 재료를 사용하여 위와 같이 400 - 800 nm의 광통신 대역에서 사용될 플라스틱 광결정 섬유(PPCF)를 제작하기 위하여, 본 발명에서 제작된 테라헤르츠 대역을 위한 플라스틱 광결정 섬유(PPCF)를 광통신용 프라스틱 광결정 섬유를 제작하기 위한 프리폼으로서 그대로 사용할 수 있다. 이 경우, 위의 가늘게 뽑아내는 과정(drawing process)에서 광결정의 격자상수가 400 - 800 nm의 대역에서 원하는 파장에 맞도록 전체 광결정 섬유의 반경이 조절되도록 하여야 한다.
본 발명에 의한 테라헤르츠파 전송을 위한 플라스틱 광결정 섬유 및 그 제조 방법은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 바람직한 실시예에 한정되지 않는다.
예를 들면, 위에서 설명한 바와 같이 결정결함부나 광결정부의 재질 또는 광결정부의 결정구조 등은 위에서 기술된 바와 같이 다양한 재질 또는 결정구조로 변형될 수 있음이 자명하므로, 역시 이 경우도 본 발명의 기술적 사상의 범위내에 있다고 할 것이다.
또한, 상기 실시예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적이 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상기 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.
본 발명에 의한 플라스틱 광결정 섬유 및 그 제조 방법과 플라스틱 광결정섬유를 통한 테라헤르츠파의 전송방법에 의하여, 제작이 용이하고, 재료의 단가가 낮으며, 전송손실이 낮고, 유연한 THz 대역의 도파로를 제작하여 실용적으로 많은 응용에 제공할 수 있다.

Claims (49)

  1. 길이 방향의 축을 갖는 결정결함부; 및
    상기 결정결함부를 둘러싸는 광결정부를 포함하며,
    여기서 상기 광결정부는 상기 축방향에 수직한 단면이 소정의 격자상수를 가지는 2차원 광결정 구조를 이루며, 길이 방향의 축을 가지는 다수의 플라스틱 요소들의 주기적 배열로 이루어지는 플라스틱 광결정 섬유.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 광결정부에 있어서, 상기 다수의 플라스틱 요소들의 재료는 테라헤르츠파 영역에서 소광계수(extinction coefficient)가 10-2이하의 값을 가지는 플라스틱인 플라스틱 광결정 섬유.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 광결정부에 있어서, 상기 다수의 플라스틱 요소들의 재료는 고밀도 폴리에틸렌인 플라스틱 광결정 섬유.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 광결정부에 있어서, 상기 다수의 플라스틱 요소들은 다수의 플라스틱튜브들 및 다수의 플라스틱 필라멘트들 중 적어도 어느 한 가지를 포함하는 플라스틱 광결정 섬유.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 광결정부에 있어서, 상기 2차원 광결정 구조는 수 밀리미터 이하의 격자상수를 갖는 광결정 구조인 플라스틱 광결정 섬유.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 광결정부에 있어서, 상기 2차원 광결정 구조는 3각형 격자 구조, 체심 입방 구조, 벌집(honeycomb) 격자 구조 또는 Kagom격자 구조인 플라스틱 광결정 섬유.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 광결정부는, 변형된 2차원 광결정 구조를 이루기 위해, 상기 격자 구조의 각각의 결정 틈새(interstitial position)에, 기본 격자 구조를 이루는 상기 플라스틱 요소들과 반경 또는 튜브두께가 다른 보조 플라스틱 요소들을 더 포함하는 플라스틱 광결정 섬유.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 결정결함부는 상기 광결정부에 비하여 낮은 굴절율을 갖는 플라스틱 광결정 섬유.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 결정결함부는 상기 광결정부를 이루는 상기 2차원 결정구조에서 적어도 한 개의 요소와 그를 둘러싼 6개의 요소들 이상의 단면 크기를 갖는 플라스틱 광결정 섬유.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 결정결함부는 상기 광결정부에 비하여 높은 굴절율을 갖는 플라스틱 광결정 섬유.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 결정결함부는 테라헤르츠파 영역에서 소광계수(extinction coefficient)가 10-2이하의 값을 가지는 하나 이상의 플라스틱 요소로 구성되는 플라스틱 광결정 섬유.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 결정결함부를 구성하는 상기 플라스틱 요소는 하나 이상의 고밀도 폴리에틸렌 튜브 또는 필라멘트인 플라스틱 광결정 섬유.
  13. 길이 방향의 축을 가지며, 소정의 직경을 갖는 하나 이상의 결정결함부 요소를 준비하는 단계;
    길이 방향의 축을 가지며, 소정의 직경을 갖는 다수의 플라스틱 요소를 준비하는 단계;
    상기 하나 이상의 결정결함부 요소를 둘러싸고 상기 다수의 플라스틱 요소들을 소정의 격자상수를 가지는 2차원 광결정 구조를 이루도록 주기적으로 배열하는 단계; 및
    상기 다수의 플라스틱 요소들 중 서로 인접한 요소들이 서로 접착되도록 하는 소정 온도 이상에서 열처리하는 단계를 포함하는 플라스틱 광결정 섬유 제조방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 열처리하는 단계는 상기 결정결함부 요소와 그에 인접한 상기 플라스틱 요소들이 서로 접착되지 않도록 하는 소정 온도 이하에서 열처리 하는 단계이며, 상기 플라스틱 광결정 섬유 제조방법은 상기 결정결함부 요소를 제거하는 단계를 더 포함하는 플라스틱 광결정 섬유 제조방법.
  15. 제13 항 또는 제14 항에 있어서,
    상기 다수의 플라스틱 요소를 준비하는 단계에 있어서, 상기 다수의 플라스틱 요소들의 재료는 테라헤르츠파 영역에서 소광계수(extinction coefficient)가 10-2이하의 값을 가지는 플라스틱인 플라스틱 광결정 섬유 제조방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 다수의 플라스틱 요소를 준비하는 단계에 있어서, 상기 다수의 플라스틱 요소들의 재료는 고밀도 폴리에틸렌인 플라스틱 광결정 섬유 제조방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 다수의 플라스틱 요소를 준비하는 단계에 있어서, 상기 다수의 플라스틱 요소들은 다수의 플라스틱 튜브들 및 다수의 플라스틱 필라멘트들 중 적어도 어느 한 가지를 포함하는 플라스틱 광결정 섬유 제조방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 주기적으로 배열하는 단계에 있어서, 상기 2차원 광결정 구조는 수 밀리미터 이하의 격자상수를 갖는 광결정 구조인 플라스틱 광결정 섬유 제조방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 주기적으로 배열하는 단계에 있어서, 상기 2차원 광결정 구조는 3각형 격자 구조, 체심 입방 구조, 벌집(honeycomb) 격자 구조 또는 Kagom격자 구조인플라스틱 광결정 섬유 제조방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 주기적으로 배열하는 단계는, 변형된 2차원 광결정 구조를 이루기 위해, 상기 플라스틱 요소들과 반경 또는 튜브두께가 다른 보조 플라스틱 요소들을 상기 격자 구조의 각각의 결정 틈새(interstitial position)에 삽입하는 단계를 포함하는 플라스틱 광결정 섬유 제조방법.
  21. 제14 항에 있어서,
    상기 결정결함부 요소를 준비하는 단계에 있어서,
    상기 하나 이상의 결정결함부 요소는, 상기 축 방향에 수직한 단면상의 상기 다수의 플라스틱 튜브로 이루어진 상기 2차원 결정구조에서 적어도 한 개의 상기 플라스틱 요소 및 그를 둘러싼 6개의 플라스틱 요소가 차지하는 범위 이상의 단면 범위를 갖는 플라스틱 광결정 섬유 제조방법.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 결정결함부 요소는 저점착성 및 저마찰성의 표면을 가지며,
    상기 결정결함부 요소를 제거하는 단계는 상기 결정결함부 요소가 저마찰성 및 저점착성의 표면을 가진 것을 이용하여 상기 요소의 어느 한쪽 단으로부터 빼내어 제거하는 단계를 포함하는 플라스틱 광결정 섬유 제조방법.
  23. 제22 항에 있어서,
    상기 결정결함부 요소는 적어도 폴리테트라플루오로에틸렌 (polytetrafluoroethylene) 튜브 및 필라멘트의 어느 하나를 포함하는 플라스틱 광결정 섬유 제조방법.
  24. 제13 항에 있어서,
    상기 결정결함부 요소를 준비하는 단계에 있어서,
    상기 결정결함부 요소는 상기 광결정부에 비하여 높은 굴절율을 갖는 플라스틱 광결정 섬유 제조방법.
  25. 제24 항에 있어서,
    상기 결정결함부는 테라헤르츠파 영역에서 소광계수(extinction coefficient)가 10-2이하의 값을 가지는 하나 이상의 플라스틱 요소로 구성되는 플라스틱 광결정 섬유 제조방법.
  26. 제25 항에 있어서,
    상기 결정결함부를 구성하는 상기 플라스틱 요소는 하나 이상의 고밀도 폴리에틸렌 튜브 또는 필라멘트인 플라스틱 광결정 섬유 제조방법.
  27. 길이 방향의 축을 갖는 결정결함부 및 상기 결정결함부를 둘러싸는 광결정부를 포함하며, 여기서 상기 광결정부는 상기 축방향에 수직한 단면이 소정의 격자상수를 가지는 2차원 광결정 구조를 이루며, 길이 방향의 축을 가지는 다수의 플라스틱 요소들의 주기적 배열로 이루어지는 플라스틱 광결정 섬유를 준비하는 단계; 및
    상기 플라스틱 광결정 섬유를 통하여 테라헤르츠 대역의 전자기파를 전송하는 단계를 포함하는 플라스틱 광결정 섬유를 통한 테라헤르츠파의 전송방법.
  28. 제27 항에 있어서,
    상기 광결정부에 있어서, 상기 다수의 플라스틱 요소들의 재료는 테라헤르츠파 영역에서 소광계수(extinction coefficient)가 10-2이하의 값을 가지는 플라스틱인 플라스틱 광결정 섬유를 통한 테라헤르츠파의 전송방법.
  29. 제28 항에 있어서,
    상기 광결정부에 있어서, 상기 다수의 플라스틱 요소들의 재료는 고밀도 폴리에틸렌인 플라스틱 광결정 섬유를 통한 테라헤르츠파의 전송방법.
  30. 제28 항에 있어서,
    상기 광결정부에 있어서, 상기 다수의 플라스틱 요소들은 다수의 플라스틱튜브들 및 다수의 플라스틱 필라멘트들 중 적어도 어느 한 가지를 포함하는 플라스틱 광결정 섬유를 통한 테라헤르츠파의 전송방법.
  31. 제30 항에 있어서,
    상기 광결정부에 있어서, 상기 2차원 광결정 구조는 수 밀리미터 이하의 격자상수를 갖는 광결정 구조인 플라스틱 광결정 섬유를 통한 테라헤르츠파의 전송방법.
  32. 제31 항에 있어서,
    상기 광결정부에 있어서, 상기 2차원 광결정 구조는 3각형 격자 구조, 체심 입방 구조, 벌집(honeycomb) 격자 구조 또는 Kagom격자 구조인 플라스틱 광결정 섬유를 통한 테라헤르츠파의 전송방법.
  33. 제32 항에 있어서,
    상기 광결정부는, 변형된 2차원 광결정 구조를 이루기 위해, 상기 격자 구조의 각각의 결정 틈새(interstitial position)에, 기본 격자 구조를 이루는 상기 플라스틱 요소들과 반경 또는 튜브두께가 다른 보조 플라스틱 요소들을 더 포함하는 플라스틱 광결정 섬유를 통한 테라헤르츠파의 전송방법.
  34. 제27 항에 있어서,
    상기 결정결함부는 상기 광결정부에 비하여 낮은 굴절율을 갖는 플라스틱 광결정 섬유를 통한 테라헤르츠파의 전송방법.
  35. 제34 항에 있어서,
    상기 결정결함부는 상기 광결정부를 이루는 상기 2차원 결정구조에서 적어도 한 개의 요소와 그를 둘러싼 6개의 요소들 이상의 단면 크기를 갖는 플라스틱 광결정 섬유를 통한 테라헤르츠파의 전송방법.
  36. 제27 항에 있어서,
    상기 결정결함부는 상기 광결정부에 비하여 높은 굴절율을 갖는 플라스틱 광결정 섬유를 통한 테라헤르츠파의 전송방법.
  37. 제36 항에 있어서,
    상기 결정결함부는 테라헤르츠파 영역에서 소광계수(extinction coefficient )가 10-2이하의 값을 가지는 하나 이상의 플라스틱 요소로 구성되는 플라스틱 광결정 섬유를 통한 테라헤르츠파의 전송방법.
  38. 제37 항에 있어서,
    상기 결정결함부를 구성하는 상기 플라스틱 요소는 하나 이상의 고밀도 폴리에틸렌 튜브 또는 필라멘트인 플라스틱 광결정 섬유를 통한 테라헤르츠파의 전송방법.
  39. 길이 방향의 축을 갖는 결정결함부; 및
    상기 결정결함부를 둘러싸는 광결정부를 포함하며,
    여기서 상기 광결정부는 상기 축방향에 수직한 단면이 소정의 격자상수를 가지는 2차원 광결정 구조를 이루며, 길이 방향의 축을 가지는 다수의 플라스틱 요소들의 주기적 배열로 이루어지는 플라스틱 광결정 섬유 프리폼.
  40. 제39 항에 있어서,
    상기 광결정부에 있어서, 상기 다수의 플라스틱 요소들의 재료는 400nm에서 800nm 대역에서 1000dB/km 이하의 감쇄 계수(attenuation coefficient)를 가지는 플라스틱인 플라스틱 광결정 섬유 프리폼.
  41. 제40 항에 있어서,
    상기 광결정부에 있어서, 상기 다수의 플라스틱 요소들의 재료는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetacrylate: PMMA), 폴리스티렌(polystyrene) 또는 폴리카보네이트(polycarbonate)인 플라스틱 광결정 섬유 프리폼.
  42. 제40 항에 있어서,
    상기 광결정부에 있어서, 상기 다수의 플라스틱 요소들은 다수의 플라스틱 튜브들 및 다수의 플라스틱 필라멘트들 중 적어도 어느 한 가지를 포함하는 플라스틱 광결정 섬유 프리폼.
  43. 제42 항에 있어서,
    상기 광결정부에 있어서, 상기 2차원 광결정 구조는 3각형 격자 구조, 체심 입방 구조, 벌집(honeycomb) 격자 구조 또는 Kagom격자 구조인 플라스틱 광결정 섬유 프리폼.
  44. 제43 항에 있어서,
    상기 광결정부는, 변형된 2차원 광결정 구조를 이루기 위해, 상기 격자 구조의 각각의 결정 틈새(interstitial position)에, 기본 격자 구조를 이루는 상기 플라스틱 요소들과 반경 또는 튜브두께가 다른 보조 플라스틱 요소들을 더 포함하는 플라스틱 광결정 섬유 프리폼.
  45. 제39 항에 있어서,
    상기 결정결함부는 상기 광결정부에 비하여 낮은 굴절율을 갖는 플라스틱 광결정 섬유 프리폼.
  46. 제45 항에 있어서,
    상기 결정결함부는 상기 광결정부를 이루는 상기 2차원 결정구조에서 적어도 한 개의 요소와 그를 둘러싼 6개의 요소들 이상의 단면 크기를 갖는 플라스틱 광결정 섬유 프리폼.
  47. 제39 항에 있어서,
    상기 결정결함부는 상기 광결정부에 비하여 높은 굴절율을 갖는 플라스틱 광결정 섬유 프리폼.
  48. 제47 항에 있어서,
    상기 결정결함부는 400nm에서 800nm 대역에서 1000dB/km 이하의 감쇄 계수(attenuation coefficient)를 가지는 하나 이상의 플라스틱 요소로 구성되는 플라스틱 광결정 섬유 프리폼.
  49. 제48 항에 있어서,
    상기 결정결함부를 구성하는 상기 플라스틱 요소는 하나 이상의 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetacrylate: PMMA), 폴리스티렌(polystyrene) 또는 폴리카보네이트(polycarbonate) 튜브 또는 필라멘트인 플라스틱 광결정 섬유 프리폼.
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