테라헤르츠 전자기 펄스를 이용한 이산화규소의 전기적 광학적 특성

전태인 한국전기전자재료학회 2001 전기전자재료학회논문지 Vol.14 No.3

Using THz time-domain spectroscopy (THz-TDS), the power absorption, the index of refraction, and the real conductivity of silica sand are measured from 0.1[Thz] to 0.5[Thz] frequency range. It is impossible to measure the characterization of the silica sand by simple electrical measurements using mechanical contacts, e.g., Hall effect or four-point probe measurements. However, the THz-TDS technique can measure not only electrical but also optical characterization of he sample. Also this technique can measure frequency dependent results. Especially, the real conductivity was increased according to THz frequency. This is unusual material compare with metal and semiconductor materials; the measured real conductivity are not followed by the simple Drude theory.

테라헤르츠 전자기 펄스의 반사특성을 이용한 굴절률 측정

전태인 한국광학회 2001 한국광학회지 Vol.12 No.1

테라헤르츠 레이다를 이용하여 알루미늄 거울 및 도체와 부도체로 이루어진 각각의 물질에 대한 테라헤르츠 전자기 펄스의 반사특성을 측정하였다. 알루미늄 거울로부터 반사된 테라헤르츠 펄스의 크기변화를 측정하기 위하여 최고 9회까지 테라파를 반사시켜 펄스의 크기에 대한 변화가 없음을 확인하였다. 또한 알루미늄 거울의 반사각도에 대한 테라파의 영향을 측정하였다 알루미늄 거울에 대한 반사파를 reference로 하여 알루미늄 board, 순수실리콘, quartz, 그리고 LDPE 에 대한 테라파의 반사를 측정하여 각각의 물질에 대한 테라헤르츠 영역의 반사계수와 굴절률을 측정하였다. 이러한 측정법은 sample의 두께에 무관한 비접촉 테라헤르츠 분석법의 적용이라할 수 있다. Via terahertz (THz) reflection radar, the characterizations of reflected THz electromagnetic pulses are reported. Quasi-optical techniques are used to efficiently reflect pulses of THz electromagnetic radiation from an aluminum mirror and several conducting and nonconducting materials. An incident THz pulse is reflected up to 9 times to know the magnitude change of a reflected pulse from the aluminum mirror. Using this method, aluminum board, undoped silicon, quartz, and LDPE samples' reflection coefficient and index of refraction can be measured. These results suggest a possible application of transient THz reflection spectroscopy without surface contact.ontact.

전기적 광학적 변화가 테라헤르츠 전자기 펄스의 모양에 미치는 영향

전태인 한국광학회 2001 한국광학회지 Vol.12 No.6

펨토초 레이저로 여기 되는 transmitter chip에 DC 전압을 최소 573171서 최대 90Vell가지 변화시켜 테라헤르츠 전자기 펄스의 크기와 스펙트럼의 변화를 관찰하였다 전압이 증가괼수록 상대적 스펙트럼의 크기가 고주파 쪽으로 증가되었고 신호 대 잡음비 역시 250:1에서 10,000:1로 개선할 수 있었다 이를 이용한 테라헤르츠 시스템의 재정렬로 테라헤르츠 스펙트럼 을 최대 4 THz 가지 확장 할 수 있었다 또한 dipole 안테나를 이용한 테라헤르츠 전자기 펄스의 검출에서 입사되는 detection 레이저빔이 silicon on sapphire (SOS) receiver chip 뒤 표면에 반사되어 dipole 안테나로 입사될 때 두 개의 테라 헤르츠 펄스가 일정한 시간간격을 두고 동시에 발생됨을 알 수 있었다. When DC voltages from 5 V up to 90 V are applied to a transmitter chip excited by an ultrafast lacer beam, the terahertz electromagnetic pulses and their spectra are changed. The spectrum shifts to the high frequency range when the high DC voltage is applied to the chip. At that time, the signal-to-noise ratio is increased from 250: 1 to 10,000: 1. The spectrum can expand up to 4 THz by optimal realignment of the THz system. Also, two terahertz electromagnetic pulses are generated from a receiver chip when the laser detection beam is reflected to the back side of the chip.

좁은 간격의 테라헤르츠 다이폴 안테나를 이용한 이진신호의 발생과 검출

전태인,김근주 한국광학회 2002 한국광학회지 Vol.13 No.5

$12{\mu}{\textrm}{m}$ 길이, $5{\mu}{\textrm}{m}$ gap의 dipole 안테나에 입사되는 펨토초 레이저의 위치에 따른 테라헤르트 전자기 펄스의 크기를 관찰하였다. 비록 11volt의 작은 전압을 인가 시켰음에도 불구하고 테라헤르츠 전자기 펄스가 최대 4.7nA의 전류로 발생되었는데 이는 dipole 안테나 구조가 아닌 두 전송라인(transmission line)의 간격이 $300{\mu}{\textrm}{m}$ 떨어진 구조의 송신기(transmitter chip)에 비해 6배 작은 전압을 인가하여 3.4배 더 큰 전류가 발생됨을 알 수 있었다. 또한 팸토초 레이저로 여기 되는 dipole 안테나 구조의 송신기에 구형 교류전압을 최소 0.11volt에서 최대 10volt까지 변화시켜 테라헤르트 전자기 펄스의 최대값 크기에 따른 이진신호를 발생시켰다. We present the magnitude of terahertz electromagnetic pulses when femtosecond laser pulses are moving along to a dipole antenna. The dipole antenna chip has maximum 4.7 nA THz current, generated at 11 DC volt. This current is 3.4 times bigger than the current of a $300{\mu}{\textrm}{m}$ separated transmission line structure chip that has 70 DC volt. We also apply an AC square wave voltage to the dipole antenna from 0.1 volt to 10 volt for binary signals using the terahertz electromagnetic pulses.

Terahertz Waveguide Spectroscopy

전태인 대한전자공학회 2009 전자공학회지 Vol.36 No.7

개선된 Drude 모델에 의한 테라헤르츠 영역에서의 카본나노튜브 특성 해석

전태인 한국물리학회 2006 새물리 Vol.53 No.1

카본나노튜브 또는 conducting polymer 같은 전도성물질은 금속 및반도체와 달리 단순한 Drude 모델로 그 특성을 해석할 수 없다. 본연구에서는 카본나노튜브의 특성을 분석하기 위해 localized Drude 모델과 Cole-Davidson 모델의 결합형태인 개선된 Drude 모델을이용하였다. 개선된 Drude 모델은 테라헤르츠의 저주파 영역에서는localized Drude 모델의 특성을 그리고 고주파 영역에서는Cole-Davidson의 특성을 가지고 있다. 이는 카본나노튜브의 특성을분석한 Maxwell-Garnett 모델 보다 단순하고 적은 변수를 사용하여 그특성을 분석하였다. 개선된 Drude 모델의 $\beta$값은 0.88로 나타났는데이는 단순한 Drude 모델을 적용한 경우보다 적은 운반자 밀도를 가지고있음을 알 수 있었다. Carbon nanotubes and conducting polymer are very difficult to characterize by using a simple Drude model. In this research, a modified Drude model is introduced to characterize pure carbon nanotubes. The modified Drude model has the characterizations of the localized Drude model in the low-THz frequency range and those of the Cole-Davidson model in the high-THz frequency range. This model has fewer parameters than the Maxwell-Garnett model. The $\beta$ value is 0.88 which means the material has a lower carrier density than that obtained by using the simple Drude model.

Propagation of Single-Mode and Multi-Mode Terahertz Radiation Through a Parallel-Plate Waveguide

전태인,이의수,장진석,김상훈,지영빈 한국물리학회 2008 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.53 No.4

We investigated the propagation of single- and multi-mode terahertz (THz) radiation through a paralel-plate waveguide for various gap sizes of the plates and polarizations of the incoming THz field. Single TEM (TM0) and TE1 modes within the 4-THz frequency range propagated through a waveguide with a plate separation of 103 μm. Multi TE and TM modes were observed for a 360-μm separation. High-order modes have a very high group velocity dispersion near the cutoff frequencies, which causes extensive pulse reshaping and broadening, in addition to multimode interference in the time and frequency region. The majority dominant mode is a combination of the TE1 (97.96 %) and the TM0 (81.61 %) modes because the lowest mode has a smal absorption and an incident even field pattern. Because each mode has different transmission and coupling coefficients, absorption and propagation constant, the theoretical calculation for the total TM or TE modes requires a summation of the components. The theoretical calculation and the measured data fit wel in the frequency and time domain.

Coupling Properties of a Conical Tungsten-Wire Waveguide in the Terahertz Frequency Range

전태인,지영빈,이의수,장진석,김상훈,곽민환,강성범,강광용 한국물리학회 2008 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.53 No.2

The coupling properties of a conical tungsten-wire waveguide in the terahertz (THz) frequency range were investigated through theoretical simulations and experiments. As the tip of a conical wire has a smaller diameter than that of a cylindrical wire, it has a greater THz field density than the latter. After the THz pulse had been coupled to the receiver (Rx) by using a 1-μm-diameter conical wire tip, the detected THz pulse increased 5.3 times compared with the pulse when a 500-μm-diameter cylindrical wire tip was used. This result coincides with that of the theoretical simulations, in which a high-frequency structure simulator (HFSS) was used, when likewise conrmed that coupling a conical wire to Rx was about 1,000 times more sensitive than wire-to-wire coupling.

구리선 도파로를 이용한 THz 전자기파의 결합 특성

전태인,지영빈,Jeon, Tae-In,Ji, Young-Bin 한국광학회 2006 한국광학회지 Vol.17 No.3

전기전도도가 높은 구리선 도파로에 THz 전자기파의 결합은 THz 유선방식의 전파에 있어 테라파의 크기 및 주파수 특성을 결정짓는 중요한 요인 중의 하나이다. 본 연구에서는 직경 $480{\mu}m$, 길이 23 cm의 구리선 도파로에 테라파를 전파시켜 1 THz 주파수 범위를 가진 THz 펄스를 측정하였다. 도파로와 transmitter chip 또는 receiver chip 사이의 공극 간격을 최대 $275{\mu}m$까지 확대하여 송신부와 수신부의 결합 특성을 접촉상태와 비교 분석하였다. 실험결과 송신부의 결합민감도가 수신부보다 약 3배 이상 높게 나타났으며 수신부에서 도파로와 receiver사이의 공극을 통하여 테라파가 공기 중으로 전파됨을 알 수 있었다. 또한 구리선 도파로에 pin hole를 위치시켜 pin hole의 직경에 따른 테라파의 변화를 연구하였으며 대부분의 THz field는 구리선 표면에 분포됨을 확인할 수 있었다. The coupling between copper wire and a THz electromagnetic wave is one of the important factors to build up the magnitude and spectrum of a THz wave. We measured a I THz spectrum range THz pulse into a $480{\mu}m$ diameter and 23cm long copper wire waveguide. We measured THz pulses up to $275{\mu}m$ air gap between the end of the copper wire and transmitter or receiver chips. The coupling sensitivity of the transmitter is 3 times bigger than that of the receiver. The THz pulses propagated to air by the end of the receiver-side copper wire tip acting as a transmitter antenna. We confirmed that the THz field concentrates near the copper wire surface by opening the pin hole to the copper wire waveguide.

교류전압을 이용한 테라헤르츠 전자기펄스의 이진 신호 발생

전태인,김근주 한국통신학회 2002 한국통신학회 기타 간행물 Vol.2002 No.10