KR20200099362A - 테라헤르츠 가변 노치 필터 및 그 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

테라헤르츠 가변 노치 필터 및 그 동작 방법이 제시된다. 일 실시예에 따른 테라헤르츠 가변 노치 필터는, 주기가 연속적으로 변하는 요철을 갖는 가변 유도 모드 공진(Tunable Guided Mode Resonance, TGMR) 필터를 포함하고, 상기 가변 유도 모드 공진 필터는, 테라헤르츠(THz) 빔이 통과되는 상기 요철의 영역에 따라 노치(notch) 주파수가 변하는 가변 공진을 발생시킬 수 있다.

Description

테라헤르츠 가변 노치 필터 및 그 동작 방법{TUNABLE TERAHERTZ NOTCH FILTER}
아래의 실시예들은 테라헤르츠 가변 노치 필터 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
THz 통신, 센서, 이미지 애플리케이션을 포함한 많은 분야에서 데이터를 활용할 수 있기 때문에, THz 영역에서 작동하는 필터에 대한 연구는 중요한 연구 주제이다. 최근, 병렬-플레이트 도파관(Parallel-Plate WaveGuides, PPWG), 그루브(grooves) 및 메타물질(metamaterial)을 사용한 THz 필터가 활발하게 연구되고 있다. 밴드패스(bandpass)에서 밴드리젝트(band rejection)까지의 다양한 필터는 PPWG의 한 표면에 있는 주기적 배열을 가진 광자 결정체를 통해 THz 빔을 통과함으로써 구현될 수 있다. THz 빔의 전파 방향이 광자 결정의 배열 방향과 동일하기 때문에 특성이 뛰어난 다양한 필터를 얻을 수 있다. 그러나 THz 빔과 PPWG의 정밀한 정렬이 필요하며, THz 빔을 도파관에 결합하기에 충분한 공간이 필요하다.
동시에, 메타물질을 사용하는 필터는 마이크로파에서 광학적 영역까지 광범위하게 연구되었다. THz 영역의 필터 사이즈는 마이크로파 영역보다 작고 광학 영역보다 크기 때문에 THz 영역의 메타물질은 크기에 따라 제작하기가 상대적으로 쉽다. 유전물질에서 금속 패턴을 만드는 것은 여전히 복잡한 과정이지만, 메타물질을 사용하는 THz 필터는 THz 빔의 방향에 수직으로 위치하기 때문에 쉽게 정렬할 수 있다는 장점이 있다.
샘플을 교체할 필요 없이 공진 주파수를 변경할 수 있는 가변(tunable) THz 필터는 매우 중요한 THz 장치이다. 일반적으로 가변 THz 필터를 만들기 위해 세 가지 메커니즘을 사용할 수 있다. 첫 번째는 튜닝 회로이다. 메타물질에서 전자기 작용은 인덕션(L), 커패시턴스(C) 및 저항(R) 요소로 구성된 등가 회로로 표현할 수 있다. 일반적으로 전압과 구조적 간극(structural gap)의 커패시턴스로 제어되는 공진 주파수는 병렬 LC 또는 탱크 RLC 회로로 나타낼 수 있다. 두 번째는 물질 튜닝(material tuning)이다. 튜닝 장치는 순도, 투과성, 전도성 등 재료의 특성을 제어해 얻을 수 있다. 가변 THz 공진 연구는 온도, 광학 빔 전력 및 자기장을 사용한 재료 튜닝을 실현할 수 있다. 세 번째는 기하학적 튜닝이다. 필터 장치의 일부가 기하학적으로 이동할 때 위상 역전에서의 변화 또는 구조적 변형으로 인해 공진이 이동(shift)된다. 광학적 결정 및 PPWG의 상대적 위치를 사용하는 것은 가변 THz 필터를 얻는 방법이다. 특히, PPWG는 PPWG의 간격을 제어하여 6.28GHz/μm 분해능을 확보할 수 있다. PPWG를 사용한 가변 THz 필터는 분해능이 뛰어나지만 여전히 공간 크기와 정렬 문제가 있다. 첫 번째와 두 번째 메커니즘은 많은 메타물질에 적용되었다. 그것은 금속 패턴을 전자적으로 변형하기 때문에 공진 주파수를 신속하게 조정할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 유전물질의 금속 패턴은 입사 THz 빔을 반영하기 때문에 금속 패턴은 투과율을 줄이고 제조 비용을 증가시킨다.
유도 모드 공진(Guided Mode Resonance, GMR)을 사용하는 많은 광학 가변 필터는, 예를 들어 입사각, 편광, 온도 및 빔 전력을 조정하여 앞에서 설명한 첫 번째 및 두 번째 메커니즘을 사용하여 연구되었다.
기존의 THz 영역에서의 노치 필터는 평행 도파로를 이용한 방법과 메타물질을 이용한 방법이 있다. 평행 도파로를 이용한 방법은 THz 빔을 약 100um의 도파로 간격에 정밀하게 입사시켜야 하고, 간격이 증가할수록 가변은 되지만 공진의 크기가 감소하여 노치 필터로서의 한계가 있다. 또한 메타물질을 이용한 방법은 가변 범위가 작으며 대역을 제거하는 노치의 폭이 넓어 필터로서의 기능이 떨어진다.
한국공개특허 10-2000-0063267호는 이러한 이중 모드를 이용한 마이크로파 가변 필터에 관한 기술을 기재하고 있다.
한국공개특허 10-2017-0014828호
실시예들은 테라헤르츠 가변 노치 필터 및 그 동작 방법에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 주기가 연속적으로 변하는 요철을 갖는 가변 유도 모드 공진(Tunable Guided Mode Resonance, TGMR) 필터를 이용하여, 테라헤르츠(THz) 빔이 통과되는 요철의 영역에 따라 노치(notch) 주파수가 변하는 가변 공진을 발생시킬 수 있는 기술을 제공한다.
또한, 실시예들은 주기가 일정한 유도 모드 공진 필터와 가변 주기를 가진 유도 모드 공진 필터를 각각 위치시키고, 슬릿을 통과한 THz 파를 입사시키고, 이 때 가변 주기를 가진 유도 모드 공진 필터를 이동시키면서 유도 모드 공진의 원리에 의해 테라헤르츠 영역에서 노치 필터의 주파수 대역을 하나는 일정하게 그리고 다른 하나는 선택적으로 가변시킬 수 있는 테라헤르츠 가변 노치 필터 및 그 동작 방법을 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 테라헤르츠 가변 노치 필터는, 주기가 연속적으로 변하는 요철을 갖는 가변 유도 모드 공진(Tunable Guided Mode Resonance, TGMR) 필터를 포함하고, 상기 가변 유도 모드 공진 필터는, 테라헤르츠(THz) 빔이 통과되는 상기 요철의 영역에 따라 노치(notch) 주파수가 변하는 가변 공진을 발생시킬 수 있다.
상기 가변 유도 모드 공진 필터는, 완전 유전체 물질로 구성된 기판에 화학적 식각(etching) 또는 기계적 연마를 통해 상기 요철을 형성할 수 있다.
상기 가변 유도 모드 공진 필터는, 기판의 일측에서 타측으로 갈수록 폭이 좁아지는 복수의 요철을 형성할 수 있다.
상기 가변 유도 모드 공진 필터는, 시프트(shift)되어, 입사되는 상기 테라헤르츠(THz) 빔에 대한 위치가 이동됨에 따라 공진 주파수를 연속적으로 변경할 수 있다.
상기 가변 유도 모드 공진 필터의 전방에 배치되어, 입사되는 상기 테라헤르츠(THz) 빔을 소정 간격의 슬릿을 통해 통과시키는 금속 슬릿을 더 포함하고, 상기 금속 슬릿은 고정된 상태에서 상기 가변 유도 모드 공진 필터를 이동시킬 수 있다.
상기 가변 유도 모드 공진 필터 및 상기 금속 슬릿은, 테라헤르츠(THz) 영역에서 TE(Transverse-Electric) 모드 또는 TM(Transverse-Magnetic) 모드로 사용될 수 있다.
상기 가변 유도 모드 공진 필터의 전방 또는 후방에 소정 간격을 두고 배치되며, 주기가 일정한 요철을 갖는 유도 모드 공진(Guided Mode Resonance, GMR) 필터를 더 포함하고, 상기 유도 모드 공진 필터는, 상기 가변 유도 모드 공진 필터를 통과한 상기 테라헤르츠(THz) 빔을 통과시킬 수 있다.
상기 가변 유도 모드 공진 필터를 시프트(shift)시킴에 따라 테라헤르츠(THz) 영역에서 노치 필터의 주파수 대역을 하나는 일정하게 하고 다른 하나는 선택적으로 가변시킬 수 있다.
다른 실시예에 따른 테라헤르츠 가변 노치 필터의 동작 방법은, 테라헤르츠(THz) 빔을 금속 슬릿의 소정 간격의 슬릿을 통해 통과시키는 단계; 및 상기 금속 슬릿을 통과한 테라헤르츠(THz) 빔을 주기가 연속적으로 변하는 요철을 갖는 가변 유도 모드 공진(Tunable Guided Mode Resonance, TGMR) 필터를 통과시키는 단계를 포함하고, 상기 가변 유도 모드 공진 필터는, 상기 테라헤르츠(THz) 빔이 통과되는 상기 요철의 영역에 따라 노치(notch) 주파수가 변하는 가변 공진을 발생시킬 수 있다.
상기 가변 유도 모드 공진 필터는, 완전 유전체 물질로 구성된 기판에 화학적 식각(etching) 또는 기계적 연마를 통해 상기 요철을 형성할 수 있다.
상기 가변 유도 모드 공진 필터는, 기판의 일측에서 타측으로 갈수록 폭이 좁아지는 복수의 요철을 형성할 수 있다.
상기 가변 유도 모드 공진 필터를 통과시키는 단계는, 상기 가변 유도 모드 공진 필터가 시프트(shift)되어, 입사되는 상기 테라헤르츠(THz) 빔에 대한 위치가 이동됨에 따라 공진 주파수를 연속적으로 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 가변 유도 모드 공진 필터 및 상기 금속 슬릿은, 테라헤르츠(THz) 영역에서 TE(Transverse-Electric) 모드 또는 TM(Transverse-Magnetic) 모드로 사용될 수 있다.
상기 가변 유도 모드 공진 필터를 통과한 상기 테라헤르츠(THz) 빔을 주기가 일정한 요철을 갖는 유도 모드 공진(Guided Mode Resonance, GMR) 필터를 통과시키는 단계를 더 포함하고, 상기 유도 모드 공진 필터는, 상기 가변 유도 모드 공진 필터의 전방 또는 후방에 소정 간격을 두고 배치될 수 있다.
상기 가변 유도 모드 공진 필터를 시프트(shift)시킴에 따라 테라헤르츠(THz) 영역에서 노치 필터의 주파수 대역을 하나는 일정하게 하고 다른 하나는 선택적으로 가변시킬 수 있다.
실시예들에 따르면 주기가 연속적으로 변하는 요철을 갖는 가변 유도 모드 공진(Tunable Guided Mode Resonance, TGMR) 필터를 이용하여, 테라헤르츠(THz) 빔이 통과되는 요철의 영역에 따라 노치(notch) 주파수가 변하는 가변 공진을 발생시킬 수 있는 테라헤르츠 가변 노치 필터 및 그 동작 방법을 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 주기가 일정한 유도 모드 공진 필터와 가변 주기를 가진 유도 모드 공진 필터를 각각 위치시키고, 슬릿을 통과한 THz 파를 입사시키고, 이 때 가변 주기를 가진 유도 모드 공진 필터를 이동시키면서 유도 모드 공진의 원리에 의해 테라헤르츠 영역에서 노치 필터의 주파수 대역을 하나는 일정하게 그리고 다른 하나는 선택적으로 가변시킬 수 있는 테라헤르츠 가변 노치 필터 및 그 동작 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 첫 번째 모드의 공진이 주파수 및 격자 간격에 따라 존재하는 영역을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 가변 유도 모드 공진 필터를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 테라헤르츠 가변 노치 필터를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 테라헤르츠 가변 노치 필터의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 격자 간격에 대한 투과율 및 공진 주파수를 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 공진 주파수 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 슬릿 간격이 다른 공진 주파수 근처의 스펙트럼 진폭을 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 가변 유도 모드 공진 필터의 투과율 및 공진 주파수 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 가변 유도 모드 공진 필터 및 유도 모드 공진 필터의 투과율 및 공진 주파수 이동을 설명하기 위한 도면이다.
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.
아래의 실시예들은 석영과 같은 완전 유전체 물질로 구성된 가변 유도 모드 공진(Tunable Guided Mode Resonance, TGMR) 필터와 함께 기하학적 튜닝 방법을 사용한 새로운 THz(Terahertz) 가변 노치 필터를 제공할 수 있다. 공진 주파수는 입사되는 THz 빔에 대한 TGMR 필터의 위치를 이동시켜 연속적으로 변경할 수 있다. 또한 TGMR 필터는 THz 빔 방향이 대부분의 금속 재료 설정처럼 필터와 수직이기 때문에 쉽게 정렬할 수 있다. 유전체에 기반하는 TGMR 필터는 전송 속도가 높고 Q-팩터가 높지만, 가변 속도는 물리적 한계가 있다.
유도 모드 공진 필터는 수십에서 수백 마이크로미터의 주기를 가지는 요철 형태로 수정과 같은 절연물질로 만들어져야 한다. 따라서 이러한 수정과 같은 기판을 주기가 일정한 요철을 만들기 위해 화학적 식각(etching) 또는 기계적 연마 과정이 요구된다. 식각 또는 기계적 연마 과정에서 요철의 코너 부분이 수직으로 만들어지지 않아 발생되는 노치의 주파수가 수십 GHz로 이동하게 된다. 하지만 본 실시예에 따르면 이동된 주파수를 이용하여 노치 필터(Notch Filter)의 기능을 수행할 수 있다.
THz(Terahertz) 영역에서 가로 전기(Transverse-Electric, TE) 모드와 가로 자기(Transverse-Magnetic, TM) 모드를 사용하여 가변 유도 모드 공진(Tunable Guided Mode Resonance, TGMR) 필터를 제작하기 위해 석영으로 만들어진 가변 격자 간격이 적용될 수 있다. 아래의 실시예에서는 필터 길이에 걸쳐 격자 간격이 5.0, 3.3, 1.7
Figure pat00001
인 TGMR 필터 3개를 준비할 수 있다. 5.0
Figure pat00002
의 경우,
Figure pat00003
의 공진 주파수 시프트의 분해능은 각각 3.6, 4.0 및 3.4GHz/mm이다. TGMR 필터 앞에 2mm의 간격의 슬릿을 가진 금속 슬릿(metal slit)을 배치하면 TGMR의 이동 가능한 범위는 24mm이고, 공진 주파수는 87, 96, 82GHz까지 이동할 수 있다. 여기서 각각의 공진의 중심 주파수는
Figure pat00004
의 경우 각각 0.402, 0.579, 0.460 THz이다. 또한 가변 유도 모드 공진(TGMR) 필터 및 유도 모드 공진(Guided Mode Resonance, GMR) 필터는 THz 빔 경로에 독립적으로 배치되므로, 가변 공진과 고정 공진 모두를 스펙트럼에서 동시에 얻을 수 있다.
아래에서는 먼저 가변 유도 모드 공진(TGMR) 필터의 설계에 대해 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 첫 번째 모드의 공진이 주파수 및 격자 간격에 따라 존재하는 영역을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 첫 번째 모드의 공진이 주파수 및 격자 간격(또는 요철 간격)에 따라 존재하는 영역(
Figure pat00005
)을 나타낸다. 여기서, 수직 화살표는 표 1에 나타낸 것과 같이 샘플-4(sample-4), 샘플-5(sample-5) 및 샘플-6(sample-6)의 격자 간격 범위를 나타낸다.
표 1은 GMR 필터의 사양을 나타낸다.
[표 1]
Figure pat00006
여기서, 간격 변동은 상단과 하단 사이의 간격 차이를 샘플의 길이(30 mm)로 나눈 값이다.
회절(diffraction)과 가이딩(guiding)은 완전-유천체 물질(all-dielectric material)로 만들어진 격자형 GMR 필터의 두 가지 주요 물리적 메커니즘이다. GMR 필터 상에서 THz 파(wave)가 입사하면 격자에 의해 회절이 발생한다. 필터 기판(filter substrate) 내에서 회절된 전기장을 유도하기 위해서는 유도 모드(Guided Mode)의 유효 유전 상수가 입사 매체(공기)의 유전 상수보다 크고, 필터의 평균 유전 상수보다 작아야 한다. 따라서 GMR에 대한 조건은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00007
여기서,
Figure pat00008
는 GMR 필터의 평균 유전 상수이고,
Figure pat00009
는 입사 물질의 유전 상수이며, m은 m 번째 회절 모드이고, c, f 및
Figure pat00010
는 각각 빛의 속도, 주파수 및 격자 간격이다.
THz 영역에서 1.95의 굴절률을 가지는 석영으로 만들어진 GMR 필터에 공기 중의 THz 파동이 수직으로 입사하는 경우(
Figure pat00011
), 도 1과 같이 첫 번째 모드(m = ± 1)의 공진이 존재하는 영역은 주파수 및 격자 간격에 의해 결정될 수 있다. 각 격자 간격에 따른 공진 주파수 영역은 [수학식 1]의 조건에 따라 컬러로 된 영역에만 존재할 수 있다. 격자 간격이 짧아질수록 공진 주파수는 고주파 영역으로 이동할 수 있다.
여기에서는 표 1과 같이 석영으로 만든 샘플 6개를 준비할 수 있다. 샘플-1, -2 및 -3은 일정한 격자 간격이 있고 65개의 그루브가 있는 GMR 필터이지만, 샘플-4, -5 및 -6은 각각 5.0, 3.3, 1.7 μm/mm로, 단위 길이별로 다른 간격을 가질 수 있고 76개의 그루브를 가지는 TGMR 필터이다. 도 1에 도시된 수직 화살표는 TGMR 필터용으로 설계된 샘플-4, -5 및 -6의 간격 범위를 나타낸다. 샘플-4, -5, -6은 밑면의 격자 간격이 상단 격자 간격에 비해 길기 때문에 사다리꼴 형태를 가지고 있다. 단, 모든 샘플의 중간의 격자 간격은 460 μm이다.
도 2는 일 실시예에 따른 가변 유도 모드 공진 필터를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2(a)를 참조하면, 일 실시예에 따른 테라헤르츠 가변 노치 필터는 주기가 연속적으로 변하는 요철(110)을 갖는 가변 유도 모드 공진(Tunable Guided Mode Resonance, TGMR) 필터(100)를 포함할 수 있다. 여기서, 가변 유도 모드 공진 필터(100)는 테라헤르츠(THz) 빔이 통과되는 요철(110)의 영역에 따라 노치(notch) 주파수가 변하는 가변 공진을 발생시킬 수 있다.
가변 유도 모드 공진 필터(100)는 완전 유전체 물질로 구성된 기판에 화학적 식각(etching) 또는 기계적 연마를 통해 요철(110)을 형성할 수 있다. 예컨대, 가변 유도 모드 공진 필터(100)는 기판의 일측에서 타측 방향으로 길게 구성되고, 일측에서 타측으로 갈수록 폭이 좁아지는 복수의 요철(110)을 형성할 수 있다.
이러한 가변 유도 모드 공진 필터(100)는 시프트(shift)되어, 입사되는 테라헤르츠(THz) 빔에 대한 위치가 이동됨에 따라 공진 주파수를 연속적으로 변경할 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 테라헤르츠 가변 노치 필터는 금속 슬릿 및 유도 모드 공진 필터를 더 포함할 수 있으며, 이는 도 3을 참조하여 아래에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2(a)는 가변 유도 모드 공진(TGMR) 필터(100)를 나타내며, 하나의 예시로써 샘플-4의 개략도를 나타내며, 마지막 그루브(groove)와 첫 번째 그루브는 각각 중앙 그루브에서 ±11° 기울어져 있다.
보다 구체적으로, 각 격자 패턴은 60μm의 그루브 높이(D1)와 168μm의 기판 두께(D2) 및 32%의 필링 계수(filling factor)(F)로 되어있다. 그루브의 수는 76개이고, 격자 간격은 위에서 바닥까지 385 μm에서 535 μm까지 점진적으로 증가할 수 있다. 중간의 격자 간격은 460 μm이고, 마지막 그루브와 첫 번째 그루브는 각각 중앙 그루브에서 ±11° 기울어져 있을 수 있다.
도 2(b)를 참조하면, 460 μm 격자 간격으로 확대된 GMR 필터 단면을 나타내는 것으로, "R"은 그루브의 내부 코너 반경을 나타낼 수 있다.
[수학식 1]에서
Figure pat00012
는 필링 계수와 관련이 있으며 그루브 높이와 독립적이다. 따라서 모든 샘플의 높이는 60 μm로 고정되었는데, 이는 그루브 높이에 따른 공진 주파수의 변화가 미미했기 때문이다. 하지만, 에칭 공정 중(Buysemi Co.에 의해 준비)에 그루브의 내부 코너는 도 2(b)와 같이 둥글게 처리될 수 있다. 둥근 모서리의 반지름은 TM 모드 공진에 대한 시뮬레이션 결과와 비교하여 공진 주파수 차이를 발생시킬 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 테라헤르츠 가변 노치 필터를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 테라헤르츠 가변 노치 필터는 가변 유도 모드 공진 필터(100)를 포함할 수 있으며, 실시예에 따라 금속 슬릿(200) 및 유도 모드 공진 필터(300)를 포함할 수 있다. 테라헤르츠 가변 노치 필터는 주기가 연속적으로 변하는 요철 형상의 가변 유도 모드 공진 필터(100) 및 주기가 일정한 유도 모드 공진 필터(300)로 구성되며, 이들은 화학적 식각 또는 기계적 연마에 의한 요철 형태로 이루어질 수 있다. 주기가 일정한 유도 모드 공진 필터(300)의 노치 주파수는 THz 빔이 통과하는 영역에 따라 노치 주파수가 변하는 가변 공진을 발생시킬 수 있다.
금속 슬릿(간단히 슬릿으로 표현될 수 있다.)(200)은 가변 유도 모드 공진 필터(100)의 전방에 배치되어, 입사되는 테라헤르츠(THz) 빔을 소정 간격의 슬릿을 통해 통과시킬 수 있다. 이 때, 금속 슬릿(200)은 고정된 상태에서 가변 유도 모드 공진 필터(100)를 이동시킬 수 있다. 가변 유도 모드 공진 필터(100) 및 금속 슬릿(200)은 테라헤르츠(THz) 영역에서 TE(Transverse-Electric) 모드 또는 TM(Transverse-Magnetic) 모드로 사용될 수 있다.
유도 모드 공진(Guided Mode Resonance, GMR) 필터(300)는 가변 유도 모드 공진 필터(100)의 후방에 소정 간격을 두고 배치되며, 주기가 일정한 요철을 가질 수 있다. 한편, 유도 모드 공진 필터(300)는 가변 유도 모드 공진 필터(100)의 전방에 소정 간격을 두고 배치될 수도 있다. 이러한 유도 모드 공진 필터(300)는 가변 유도 모드 공진 필터(100)를 통과한 테라헤르츠(THz) 빔을 통과시킬 수 있다.
가변 유도 모드 공진 필터(100)를 시프트(shift)시킴에 따라 테라헤르츠(THz) 영역에서 노치 필터의 주파수 대역을 하나는 일정하게 하고 다른 하나는 선택적으로 가변시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 주기가 일정한 유도 모드 공진 필터(300)와 가변 주기를 가진 가변 유도 모드 공진 필터(100)를 각각 위치시키고, 2mm 슬릿을 통과한 THz 파를 입사시킬 수 있다. 이 때 가변 주기를 가진 가변 유도 모드 공진 필터(100)를 이동시키면서 유도 모드 공진의 원리에 의해 테라헤르츠 영역에서 노치 필터의 주파수 대역을 하나는 일정하게 그리고 다른 하나는 선택적으로 가변시킬 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 테라헤르츠 가변 노치 필터의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 테라헤르츠 가변 노치 필터의 동작 방법은, 테라헤르츠(THz) 빔을 금속 슬릿의 소정 간격의 슬릿을 통해 통과시키는 단계(S110), 및 금속 슬릿을 통과한 테라헤르츠(THz) 빔을 주기가 연속적으로 변하는 요철을 갖는 가변 유도 모드 공진(Tunable Guided Mode Resonance, TGMR) 필터를 통과시키는 단계(S120)를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 가변 유도 모드 공진 필터를 통과한 테라헤르츠(THz) 빔을 주기가 일정한 요철을 갖는 유도 모드 공진(Guided Mode Resonance, GMR) 필터를 통과시키는 단계(S130)를 더 포함할 수 있다.
아래에서 각 단계에 대해 보다 상세히 설명한다.
일 실시예에 따른 테라헤르츠 가변 노치 필터의 동작 방법은 도 2 및 도 3에서 설명한 일 실시예에 따른 테라헤르츠 가변 노치 필터를 통해 수행될 수 있다.
단계(S110)에서, 테라헤르츠(THz) 빔을 금속 슬릿의 소정 간격의 슬릿을 통해 통과시킬 수 있다.
단계(S120)에서, 금속 슬릿을 통과한 테라헤르츠(THz) 빔을 주기가 연속적으로 변하는 요철을 갖는 가변 유도 모드 공진(Tunable Guided Mode Resonance, TGMR) 필터를 통과시킬 수 있다.
가변 유도 모드 공진 필터는 테라헤르츠(THz) 빔이 통과되는 요철의 영역에 따라 노치(notch) 주파수가 변하는 가변 공진을 발생시킬 수 있다. 이러한 가변 유도 모드 공진 필터는 완전 유전체 물질로 구성된 기판에 화학적 식각(etching) 또는 기계적 연마를 통해 요철을 형성할 수 있다. 특히, 가변 유도 모드 공진 필터는 기판에 일측에서 타측으로 갈수록 폭이 좁아지는 복수의 요철을 형성할 수 있다.
이 때, 가변 유도 모드 공진 필터가 시프트(shift)되어, 입사되는 테라헤르츠(THz) 빔에 대한 위치가 이동됨에 따라 공진 주파수를 연속적으로 변경할 수 있다. 이에 가변 유도 모드 공진 필터 및 금속 슬릿은 테라헤르츠(THz) 영역에서 TE(Transverse-Electric) 모드 또는 TM(Transverse-Magnetic) 모드로 사용될 수 있다.
단계(S130)에서, 가변 유도 모드 공진 필터를 통과한 테라헤르츠(THz) 빔을 주기가 일정한 요철을 갖는 유도 모드 공진(Guided Mode Resonance, GMR) 필터를 통과시킬 수 있다. 여기서, 유도 모드 공진 필터는 가변 유도 모드 공진 필터의 전방 또는 후방에 소정 간격을 두고 배치될 수 있다.
가변 유도 모드 공진 필터를 시프트(shift)시킴에 따라 테라헤르츠(THz) 영역에서 노치 필터의 주파수 대역을 하나는 일정하게 하고 다른 하나는 선택적으로 가변시킬 수 있다.
아래에서는 하나의 예시로써 실험 결과를 통해 실시예들을 보다 상세히 설명한다.
먼저, GMR 필터 측정에 대해 설명한다. THz 시간-영역 분광법(THz time-domain spectroscopy, THz-TDS)은 GMR 필터의 성능을 특징화하기 위해 사용될 수 있다. 광전도성 THz-TDS 시스템에서, GMR 필터는 두 개의 포물면 거울 사이에 위치시킬 수 있다. THz 파는 공기 중에서 GMR 필터로 수직으로 입사할 수 있다. 이상적인 GMR 필터는 스펙트럼에서 강한 공진 깊이(resonance depth)를 달성하기 위해 무한한 수의 그루브를 필요로 한다. 단, 지름이 2.5 cm인 제한된 THz 빔과 GMR 필터 사이즈 때문에 제한된 수의 간격만 THz 빔으로 커버될 수 있다. 이 한계를 극복하기 위해, THz 빔은 두 개의 동일한 필터를 통과할 수 있다. 격자 간격은 [수학식 1]과 같이 공진 주파수를 결정할 때 GMR 필터의 중요한 파라미터이다.
도 5는 일 실시예에 따른 격자 간격에 대한 투과율 및 공진 주파수를 나타내는 도면이다.
도 5(a) 및 도 5(b)를 참조하면, 각각 샘플-1, -2 및 -3에 대해 400, 460, 520 μm의 격자 간격에 대한 TE 및 TM 모드의 투과율 측정 결과를 나타낸다. 각 샘플에는
Figure pat00013
로 표현할 수 있는 두 가지 강력한 TE 모드가 있으며, 여기서
Figure pat00014
모드는 재료의 유전 상수를 증가시켜 제거할 수 있다. 1차 및 2차 공진의 전기장 분포는 각각 샘플 전체에 걸쳐 절반과 최대 파동을 가이드하는 모드이다. 이러한 전기장 분포는
Figure pat00015
및
Figure pat00016
모드를 나타내며, 첫 번째 첨자는 슬래브 도파관에서 가이드 모드에 대한 필드 분포를 나타낸다(샘플의 기판). 모드 표현의 두 번째 첨자는 격자에 의해 회절되는 모드의 개수를 나타낸다. TE 모드와 마찬가지로, 첫 번째 강력한 TM 모드는
Figure pat00017
모드에 의해 표현되는데, 이는 슬래브 도파관의 반파장 필드 분포와 격자에 의한 첫 번째 회절 모드를 나타낸다.
두 개의 포물면 거울 사이의 THz 빔 웨이스트(beam waist)는 첫 번째 포물면 거울의 초점 길이에 있기 때문에, 입사되는 THz 빔은 서로 8cm 떨어져 있는 두 개의 필터에 완전히 수직이 될 수 없다. 따라서 각각의 공진마다 작은 사이드 로브 공진이 일어났다. GMR 필터에 의한 다중 반사로 인해, 측정된 투과율의 기준 라인은 1에 근접하지 않고 스펙트럼에서 큰 진동을 가진다. 그러나 두 개의 필터를 사용한 공진 깊이는 최대 값에 접근한다(투과율은 0에 접근한다).
측정된
Figure pat00018
모드의 공진 주파수는 각각 520, 460, 400 μm의 간격에서 0.363, 0.402 및 0.448 THz이다. 격자 간격이 감소하면, 격자 간격과 공진 주파수가 반비례하기 때문에 공진 주파수가 더 높은 주파수로 바뀔 수 있다. 다른 모드(
Figure pat00019
및
Figure pat00020
)의 측정된 공진 주파수도 격자 간격이 감소함에 따라 고주파 영역으로 이동될 수 있다.
도 5(c) 및 도 5(d)를 참조하면, 각각 GMR의 TE 및 TM 모드에 대한 유한 차이 주파수 도메인(Finite Difference Frequency Domain, FDFD) 시뮬레이션 이미지를 나타낸다. 도시된 실선과 점선은 각각 다른 격자 간격에 대한 시뮬레이션된 공진 주파수와 측정된 공진 주파수를 나타낸다. 점선은 도 1과 같이 첫 번째 모드 공진이 존재하는 영역의 경계를 나타낸다. 측정된 모든 공진 주파수는 이 영역에 있다.
TE 모드의 실험 및 시뮬레이션 결과는 양호하지만 TM 모드는 약간 다르다. 이것은 TE 모드에서 THz 빔의 편광은 그루브에서 수평으로 입사하지만, TM 모드는 그루브에서 수직으로 입사하기 때문이다. 따라서 TM 모드는 TE 모드보다 그루브의 사각형 형태에 더 민감하다. 또한, 그루브의 내부 모서리는 도 2(b)에서 볼 수 있는 것처럼 시뮬레이션에서만큼 완벽하지 않다. 따라서 TM 모드에서의 측정 및 시뮬레이션된 공진 주파수는 TE 모드보다 덜 일치한다.
도 6은 일 실시예에 따른 공진 주파수 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 6를 참조하면, 직사각형 내부 모서리 반지름(R = 0)과 둥근 내부 모서리 반지름 사이의 공진 주파수 차이를 나타낸다. 다시 말하면, 도 6은 도 2(b)에서 "R"로 표시된 직사각형 내부 모서리 반경(R = 0)과 둥근 내부 모서리 반경 사이의 공진 주파수 차이에 대한 시뮬레이션 결과를 보여준다.
여기에서는 GMR 필터에 대한 공진 주파수
Figure pat00021
과
Figure pat00022
의 차이를 시뮬레이션 하였다.
Figure pat00023
모드에서는 내부 코너 반경이 증가함에 따라 주파수 차이가 거의 없다. 하지만,
Figure pat00024
모드에서는 내부 코너 반경이 증가할 때 주파수 차이가 기하급수적으로 증가한다. 더 짧은 격자 간격은 긴 격자 간격보다 격자에 있는 그루브의 기하학적 구조에 더 민감하다. 이 현상은 또한 측정에 의해 관찰되었다. 측정 및 시뮬레이션된
Figure pat00025
모드의 주파수 차이는 각각 400, 460 및 520μm에서 11.2, 6.5 및 6.1GHz였다. 모서리가 완전히 둥근 모양이 아니기 때문에 내부 모서리 반지름을 제작된 샘플에서 정의할 수 없지만, 도 5(d)와 같이 격자 간격이 짧아질수록 주파수 차이가 커지는 것을 확인할 수 있다.
다음으로, TGMR 필터 측정에 대해 설명한다. TGMR 필터는 THz 빔이 통과하는 위치에 따라 격자 간격이 선택될 수 있도록 설계될 수 있다. THz 빔 폭이 너무 클 경우, 격자 간격의 변화 범위가 너무 크기 때문에 측정된 공진의 전체 폭 절반 최대값(Full Width Half Maximum, FWHM)이 확대된다. 즉, THz 빔 폭이 계속 감소함에 따라 공진의 FWHM도 계속 감소할 수 있다. 그러나 THz 빔 폭이 너무 작을 경우, TGMR 필터를 통과하는 THz 빔이 너무 작기 때문에 노이즈가 증가하고 공진이 왜곡될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 슬릿 간격이 다른 공진 주파수 근처의 스펙트럼 진폭을 나타내는 도면이다.
도 7(a) 및 도 7(b)를 참조하면, 각각 TE 모드 및 TM 모드에서의 슬릿 간격이 다른 공진 주파수 근처의 스펙트럼 진폭을 나타낸다. 소음과 공진 왜곡을 증가시키지 않고 최적의 THz 빔 폭을 아는 것이 중요하다. 직사각형 금속 슬릿이 TGMR 필터 앞에 위치할 때, 슬릿을 통과하는 THz 빔 폭은 슬릿 간격과 동일하다. 따라서 TGMR 필터를 통과하는 THz 빔의 폭은 슬릿 간격을 조절하여 조정할 수 있다.
하나의 예시로써, 도 7는 샘플-4의 슬릿 간격에 따라 공진 주파수 근처의 스펙트럼 진폭을 나타낸다. 슬릿 간격이 12 mm일 때 공진의 FWHM은 너무 크다. 또한, 슬릿 간격이 1 mm일 때, 소음이 증가하고 공진이 왜곡된다. 가장 적절한 간격은 슬릿 간격이 2mm일 때이다. 그런 다음 2mm 고정 슬릿 간격으로 TGMR의 특성을 조사할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 가변 유도 모드 공진 필터의 투과율 및 공진 주파수 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, (a) TE 모드 및 (b) TM 모드 측정을 위한 TGMR 필터 설정 개략도이고, (c) TE 모드 및 (d) TM 모드에 대한 TGMR 필터(샘플-4)를 사용한 투과율 측정 결과이며, (e)
Figure pat00026
모드, (f)
Figure pat00027
모드 및 (g)
Figure pat00028
모드에 대한 TGMR 필터 이동(슬릿 중심에 필터 위치)에 따른 공진 주파수 이동 측정 결과를 나타낸다. 그리고 y축의 주파수와 격자 간격 스케일은 각 데이터의 엔드 포인트를 나타낸다.
TE 모드와 TM 모드에서 공진 주파수 시프트를 측정하기 위해 도 8(a) 및 도 8(b)과 같이 각각 2mm 간격의 슬릿을 가진 금속 슬릿 뒤에 TGMR 필터를 배치할 수 있다. TE 모드 및 TM 모드를 측정하기 위해 필터는 각 TGMR 필터에 대해 2mm 스텝 간격으로 +y 및 +x 방향으로 이동할 수 있다. 컴팩트 전동 변환 단계(compact motorized translation stage)를 사용하여 각 측정에 대해 TGMR 필터를 2mm 이동시킬 수 있다. 필터의 엣지의 산란 때문에, 도 2(a)와 같이, 30mm 길이 전체에서 필터 움직임이 3mm에서 27mm로 나타날 수 있다.
Figure pat00029
및
Figure pat00030
모드 공진은, 샘플-4(5.0 μm/mm)의 투과율을 보여주는 도 8(c)에 표시된 것처럼, 격자 간격이 증가함에 따라 저주파수 영역으로 거의 선형적으로 이동한 것으로 확인되었다.
Figure pat00031
및
Figure pat00032
필터 이동에 대한 공진 이동 비율은 3.6 및 4.0 GHz/mm로, 격자 간격 변동에서 각각 0.72와 0.80 GHz/μm의 공진 이동에 해당한다.
슬릿과 필터를 시계 반대 방향으로 90도 회전한 후, 도 8(d)와 같이
Figure pat00033
모드의 공진 이동을 측정할 수 있다. TE 모드와 마찬가지로, 격자 간격이 증가함에 따라 공진은 저주파 영역으로 이동할 수 있다.
Figure pat00034
의 필터 이동에 대한 공진 이동 비율은 3.4 GHz/mm로, 격자 간격 변화에 대한 공진 이동 0.68 GHz/μm에 해당한다. 따라서 이 비율들이 다른 간격을 가진 각 GMR 필터의 시뮬레이션 결과와 매우 유사하다는 것을 확인할 수 있다.
도 8(e-g)은 각각 샘플-4, -5 및 -6의
Figure pat00035
,
Figure pat00036
,
Figure pat00037
의 TGMR 필터 이동에 따른 공진 주파수 변화를 나타낸다. 샘플-4는 이동에 가장 민감한 것을 확인할 수 있다.
Figure pat00038
,
Figure pat00039
및
Figure pat00040
모드에서 샘플-4의 총 공진 주파수 변화는 각각 86.6, 96.2 및 81.8 GHz로, 3.6, 4.0 및 3.4 GHz/mm의 분해능에 해당한다. 샘플-6(1.7μm/mm)의 총 공진 주파수 변화는 27.6, 28.1, 25.0GHz로 좁았지만,
Figure pat00041
,
Figure pat00042
,
Figure pat00043
에서 각각 1.2, 1.2, 1.0GHz/mm로, 분해능이 가장 우수하다는 것을 확인할 수 있다.
공진 주파수를 변경하려면 GMR 필터를 교체해야 한다. 단, TGMR 필터에서 필터의 위치를 조절하여 공진 주파수를 쉽게 변경할 수 있다. 또한 민감한 공진 변경(sensitive resonance shift)이 있는 필터 또는 분해능이 좋은 공진 이동이 있는 필터를 선택적으로 사용할 수 있다. 가장 큰 장점은 GMR 필터가 THz 영역에서 흡수(absorption)가 매우 낮은 완전-유전체 물질로 만들어졌다는 것이다. 유전체의 기판에 금속 패턴이 있는 메타물질과는 달리, 다중 GMR 필터는 물질로부터 약간의 반사 손실만 발생한다.
도 9는 일 실시예에 따른 가변 유도 모드 공진 필터 및 유도 모드 공진 필터의 투과율 및 공진 주파수 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, (a) TE 모드 및 (b) TM 측정을 위한 TGMR 및 GMR 필터 설정 개략도이고, (c) TE 모드 및 (d) TM 모드에 대한 TGMR 및 GMR 필터를 이용한 투과율 측정 결과를 나타내며, (e) TE 모드 및 (f) TM 모드에 대한 TGMR 필터(필터 위치)의 움직임에 따라 측정된 공진 주파수 이동을 나타낸다. 그리고 y축에서의 주파수와 간격 스케일은 각 데이터의 엔드포인트를 나타낸다.
여기에서는 TGMR 필터와 GMR 필터를 사용하여 각 모드에서 이중 공진을 생성할 수 있다. 도 9(a) 및 도 9(b)에 도시된 바와 같이, GMR 필터(샘플-2)는 2mm의 슬릿 간격으로 TGMR 필터(샘플-4) 뒤에 고정될 수 있다. 수직으로 편광된 THz 빔이 TGMR 필터로 들어가면 가이딩 조건을 만족하는 THz 주파수에서 공진이 발생하지만, 다른 주파수들의 THz파가 TGMR 필터를 통과할 수 있다. 고정 GMR 필터의 간격이 TGMR 필터의 간격과 다를 경우, 다른 주파수에서 두 번째 공진이 발생할 수 있다. 도시된 화살표 방향과 같이 TGMR 필터를 이동하면, 각 모드의 공진은 고주파에서 저주파 영역으로 이동할 수 있다.
하지만, 460μm의 균일한 간격의 GMR 필터는 고정되어 있으므로, 공진 주파수는 도 9(c) 및 도 9(d)와 같이 각각 0.4021, 0.5823 및 0.4625 THz
Figure pat00044
,
Figure pat00045
및
Figure pat00046
로 고정될 수 있다. 이러한 고정 공진 주파수(fixed resonance frequencies)는 이중 공진의 기준 주파수로 활용할 수 있다.
도 9(e) 및 도 9(f)를 참조하면, 각각 TGMR 필터의 이동으로 인한 도 9(c) 및 도 9(d)에서의 TE와 TM 모드의 피크 공진 주파수 변화를 나타낸다. TGMR 필터에 의해 생성되는 공진 주파수의 변화는 필터의 위치를 변경하여 조정할 수 있지만, GMR 필터에 의해 유도되는 공진 주파수는 고정되어 있다. TGMR 필터의 총 공진 주파수 변화는
Figure pat00047
,
Figure pat00048
및
Figure pat00049
모드에서 각각 87, 98, 84 GHz이다. TGMR 필터 위치를 사용하는 가변 범위는 도 8과 같이 단일 TGMR 필터를 사용하는 경우와 매우 유사하다. 이것은 기준(고정) 공진과 가변 공진을 동시에 측정할 수 있으므로, THz 분광법과 THz 통신에 매우 유용하다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
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.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 주기가 연속적으로 변하는 요철을 갖는 가변 유도 모드 공진(Tunable Guided Mode Resonance, TGMR) 필터
    를 포함하고,
    상기 가변 유도 모드 공진 필터는,
    테라헤르츠(THz) 빔이 통과되는 상기 요철의 영역에 따라 노치(notch) 주파수가 변하는 가변 공진을 발생시키는 것
    을 특징으로 하는, 테라헤르츠 가변 노치 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가변 유도 모드 공진 필터는,
    완전 유전체 물질로 구성된 기판에 화학적 식각(etching) 또는 기계적 연마를 통해 상기 요철을 형성하는 것
    을 특징으로 하는, 테라헤르츠 가변 노치 필터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가변 유도 모드 공진 필터는,
    기판의 일측에서 타측으로 갈수록 폭이 좁아지는 복수의 요철을 형성하는 것
    을 특징으로 하는, 테라헤르츠 가변 노치 필터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가변 유도 모드 공진 필터는,
    시프트(shift)되어, 입사되는 상기 테라헤르츠(THz) 빔에 대한 위치가 이동됨에 따라 공진 주파수를 연속적으로 변경하는 것
    을 특징으로 하는, 테라헤르츠 가변 노치 필터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가변 유도 모드 공진 필터의 전방에 배치되어, 입사되는 상기 테라헤르츠(THz) 빔을 소정 간격의 슬릿을 통해 통과시키는 금속 슬릿
    을 더 포함하고,
    상기 금속 슬릿은 고정된 상태에서 상기 가변 유도 모드 공진 필터를 이동시키는 것
    을 특징으로 하는, 테라헤르츠 가변 노치 필터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가변 유도 모드 공진 필터 및 상기 금속 슬릿은,
    테라헤르츠(THz) 영역에서 TE(Transverse-Electric) 모드 또는 TM(Transverse-Magnetic) 모드로 사용되는 것
    을 특징으로 하는, 테라헤르츠 가변 노치 필터.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 가변 유도 모드 공진 필터의 전방 또는 후방에 소정 간격을 두고 배치되며, 주기가 일정한 요철을 갖는 유도 모드 공진(Guided Mode Resonance, GMR) 필터
    를 더 포함하고,
    상기 유도 모드 공진 필터는,
    상기 가변 유도 모드 공진 필터를 통과한 상기 테라헤르츠(THz) 빔을 통과시키는 것
    을 특징으로 하는, 테라헤르츠 가변 노치 필터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가변 유도 모드 공진 필터를 시프트(shift)시킴에 따라 테라헤르츠(THz) 영역에서 노치 필터의 주파수 대역을 하나는 일정하게 하고 다른 하나는 선택적으로 가변시키는 것
    을 특징으로 하는, 테라헤르츠 가변 노치 필터.
  9. 테라헤르츠(THz) 빔을 금속 슬릿의 소정 간격의 슬릿을 통해 통과시키는 단계; 및
    상기 금속 슬릿을 통과한 테라헤르츠(THz) 빔을 주기가 연속적으로 변하는 요철을 갖는 가변 유도 모드 공진(Tunable Guided Mode Resonance, TGMR) 필터를 통과시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 가변 유도 모드 공진 필터는,
    상기 테라헤르츠(THz) 빔이 통과되는 상기 요철의 영역에 따라 노치(notch) 주파수가 변하는 가변 공진을 발생시키는 것
    을 특징으로 하는, 테라헤르츠 가변 노치 필터의 동작 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가변 유도 모드 공진 필터는,
    완전 유전체 물질로 구성된 기판에 화학적 식각(etching) 또는 기계적 연마를 통해 상기 요철을 형성하는 것
    을 특징으로 하는, 테라헤르츠 가변 노치 필터의 동작 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 가변 유도 모드 공진 필터는,
    기판의 일측에서 타측으로 갈수록 폭이 좁아지는 복수의 요철을 형성하는 것
    을 특징으로 하는, 테라헤르츠 가변 노치 필터의 동작 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 가변 유도 모드 공진 필터를 통과시키는 단계는,
    상기 가변 유도 모드 공진 필터가 시프트(shift)되어, 입사되는 상기 테라헤르츠(THz) 빔에 대한 위치가 이동됨에 따라 공진 주파수를 연속적으로 변경하는 단계
    를 포함하는, 테라헤르츠 가변 노치 필터의 동작 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 가변 유도 모드 공진 필터 및 상기 금속 슬릿은,
    테라헤르츠(THz) 영역에서 TE(Transverse-Electric) 모드 또는 TM(Transverse-Magnetic) 모드로 사용되는 것
    을 특징으로 하는, 테라헤르츠 가변 노치 필터의 동작 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 가변 유도 모드 공진 필터를 통과한 상기 테라헤르츠(THz) 빔을 주기가 일정한 요철을 갖는 유도 모드 공진(Guided Mode Resonance, GMR) 필터를 통과시키는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 유도 모드 공진 필터는,
    상기 가변 유도 모드 공진 필터의 전방 또는 후방에 소정 간격을 두고 배치되는 것
    을 특징으로 하는, 테라헤르츠 가변 노치 필터의 동작 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 가변 유도 모드 공진 필터를 시프트(shift)시킴에 따라 테라헤르츠(THz) 영역에서 노치 필터의 주파수 대역을 하나는 일정하게 하고 다른 하나는 선택적으로 가변시키는 것
    을 특징으로 하는, 테라헤르츠 가변 노치 필터의 동작 방법.
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