KR100815615B1 - Real-time terahertz spectroscopic imaging system - Google Patents

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KR100815615B1
KR100815615B1 KR1020060124404A KR20060124404A KR100815615B1 KR 100815615 B1 KR100815615 B1 KR 100815615B1 KR 1020060124404 A KR1020060124404 A KR 1020060124404A KR 20060124404 A KR20060124404 A KR 20060124404A KR 100815615 B1 KR100815615 B1 KR 100815615B1
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강상우
윤주영
성대진
신용현
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한국표준과학연구원
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Abstract

A real-time terahertz spectroscopic imaging system is provided to be safer in comparison with an X-ray or a laser so as to be variously applied to semiconductor process, failure inspection of products, non-destructive inspection, and security search or bio-medicine diagnosis. A real-time terahertz spectroscopic imaging system includes a measuring unit(100), a data processing unit(200), and an imaging unit(300). The measuring unit has a light source(10) for generating light, a beam splitter(20) for splitting the light into two, a delay line(30) for delaying one of the split light, a terahertz generator(40), a polarizer(52) for passing the other split light from the beam splitter, and a high-speed electronic signal processing device(90). The data processing unit reads the information on materials based on the data of the electronic signal processing device and the data from the delay line. The imaging unit takes images of material of each position at a sample in the data processing unit.

Description

실시간 테라헤르츠 분광 영상장치{Real-time terahertz spectroscopic imaging system}Real-time terahertz spectroscopic imaging system

도 1은 본 발명인 실시간 테라헤르츠 분광 영상 장치의 구성도,1 is a block diagram of a real-time terahertz spectroscopic imaging apparatus of the present invention,

도 2는 본 발명중 데이터처리부로 전송되는 2차원 데이터의 상태도,2 is a state diagram of two-dimensional data transmitted to a data processing unit of the present invention;

도 3은 본 발명중 데이터처리부에서의 데이터 처리 과정을 나타낸 상태도,3 is a state diagram showing a data processing process in a data processing unit according to the present invention;

도 4는 본 발명중 처리된 데이터를 영상화하는 상태도를 나타낸다.4 shows a state diagram for imaging the processed data of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>

10: 광원 20: 빔 스플리터10: light source 20: beam splitter

30: 딜레이 라인 40: 테라헤르츠 발생기30: delay line 40: terahertz generator

42: 샘플 44: 유도기42: Sample 44: Inductor

50: 빔 확대기 52: 편광기50: beam expander 52: polarizer

60: 반투과기 70: 전광결정60: translucent 70: all-optical crystal

80: 분석기 90: 전자신호 처리장치80: analyzer 90: electronic signal processing device

100:측정부 200: 데이터처리부100: measuring unit 200: data processing unit

300: 영상부300: video unit

본 발명은 실시간 테라헤르츠 분광 영상 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 테라헤르츠 분광 및 영상을 결합한 방식으로 샘플의 각 위치마다의 물질에 대한 분광 데이터를 고속으로 획득 및 처리하여 2차원 영상으로 구현함으로써 샘플의 각 위치에 놓인 물질을 실시간으로 식별할 수 있는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a real-time terahertz spectroscopic imaging system, and more specifically, by combining the terahertz spectroscopy and an image, the spectral data of the material at each position of the sample can be obtained and processed at high speed to realize a sample by two-dimensional image. The present invention relates to a system capable of identifying in real time a substance placed at each position of a.

최근 들어 크게 각광받고 있는 광원인 테라헤르츠 파를 이용하는 테라헤르츠 분광은 샘플의 굴절률, 흡수율 등의 샘플에 대한 정보를 얻는데 사용된다. 이러한 정보로 샘플의 이미지를 영상화하는 것이 테라헤르츠 영상 시스템이다.Recently, terahertz spectroscopy using terahertz wave, a light source that has been widely spotlighted, is used to obtain information about a sample such as refractive index and absorption rate of a sample. It is the terahertz imaging system that images the image of the sample with this information.

테라헤르츠 영상 시스템은 크게 스캐닝 테라헤르츠 영상시스템 및 실시간 테라헤러츠 영상 시스템이 있다. The terahertz imaging system is largely classified into a scanning terahertz imaging system and a real time terahertz imaging system.

스캐닝 테라헤르츠 영상 시스템은 샘플의 작은 영역에 테라헤르츠 파를 입사하여 반사 또는 투과되는 테라헤르츠 파를 분석하는 방식으로, 샘플을 스캐닝하면서 검출기를 이용하여 샘플의 각 위치에서의 데이터를 순차적으로 획득하여 영상화 한다. 이 방식은 샘플의 각 위치 데이터를 순차적으로 획득해야 하므로 샘플의 이미지를 영상화하는데 많은 시간이 필요하다.The scanning terahertz imaging system analyzes terahertz waves that are reflected or transmitted by injecting terahertz waves into a small area of a sample, and sequentially acquires data at each position of the sample using a detector while scanning the samples. Imaging. This method requires a lot of time to image the image of the sample because the positional data of the sample must be obtained sequentially.

또 다른 테라헤르츠 영상 시스템인 실시간 테라헤르츠 영상 시스템은 테라헤르츠 파를 샘플에 입사시켜 반사 또는 투과되는 테라헤르츠 파를 분석함에 있어서,테라헤르츠 파를 샘플 전체에 입사하여 영상을 한번에 측정하므로 속도의 면에서 스캐닝 테라헤르츠 영상 시스템에 비하여 우수하다. Another terahertz imaging system, a real-time terahertz imaging system, analyzes terahertz waves that are reflected or transmitted by injecting terahertz waves into a sample. Compared to the scanning terahertz imaging system.

두 경우 모두 샘플의 이미지는 대비영상만을 볼 수 있는 단점이 있다.In both cases, the sample image has the disadvantage that only the contrast image can be seen.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술직 과제는, 고속 테라헤르츠 분광 및 실시간 테라헤르츠 영상의 장점을 결합한 방식으로, 샘플의 각 위치마다의 물질에 대한 분광 데이터를 고속으로 획득 및 처리하여 영상화함으로써 실시간으로 샘플의 이미지를 영상화할 뿐만 아니라 각 위치의 물질을 인식할 수 있는 시스템을 제공하는데 있다.Accordingly, the technical task of the present invention is to combine the advantages of high-speed terahertz spectroscopy and real-time terahertz imaging, and to obtain and process the spectral data of the material at each position of the sample at high speed, thereby realizing the sample in real time. In addition to imaging the image to provide a system that can recognize the material at each position.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 크게 테라헤르츠 파를 사용하여 샘플의 각 위치마다의 물질에 대한 분광 데이터를 측정하는 측정부(100), 측정부로부터 얻은 시간 영역의 데이터를 주파수 영역으로 변환하여 물질을 식별하는 데이터처리부(200) 및 처리된 데이터를 기초로 샘플의 이미지를 구현하는 영상부(300)로 구성된 실시간 테라헤르츠 분광 영상 시스템을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention uses a terahertz wave, the measuring unit 100 for measuring the spectral data for the material at each position of the sample, the time domain data obtained from the measurement unit to the frequency domain Provided is a real-time terahertz spectroscopic imaging system comprising a data processor 200 for transforming and identifying a substance and an imaging unit 300 for implementing an image of a sample based on the processed data.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 구체적으로 검토하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 실시간 테라헤르츠 분광 영상 시스템의 구성을 도시한 것이다. 1 shows the configuration of a real-time terahertz spectroscopic imaging system according to the present invention.

본 발명중 측정부(100)는 빛이 발생되는 광원(10), 광원(10)으로부터 발생된 빛을 2개의 방향으로 분리하는 빔 스플리터(20), 빔 스플리터(20)로부터 분리된 하나의 빔의 이동시 시간을 지연시키는 딜레이 라인(30), 딜레이 라인(30)을 통과한 빔이 입사되어 테라헤르츠 파가 발생하는 테라헤르츠 발생기(40) 및 또 다른 경로 로서 빔 스플리터(20)로부터 분리된 다른 하나의 빔이 지나는 편광기(52) 및 테라헤르츠 파는 통과하고 편광된 빔은 반사되는 반투과기(60), 전광결정(70), 분석기(80), 전자신호 처리장치(90)로 구성된다.In the present invention, the measuring unit 100 includes a light splitter 20 that separates light generated from the light source 10, light generated from the light source 10 in two directions, and one beam separated from the beam splitter 20. Delay line 30, which delays the time of movement, a terahertz generator 40 in which a beam passing through the delay line 30 is incident to generate a terahertz wave, and another path separated from the beam splitter 20 as another path. The polarizer 52 and the terahertz wave through which one beam passes, and the polarized beam consists of a semi-transmitter 60, an all-optical crystal 70, an analyzer 80, and an electronic signal processing device 90 are reflected.

측정부(100)중 광원(10)으로는 펨토초 레이저 또는 증폭된 펨토초 레이저 시스템이 사용될 수 있다. 광펄스의 시간폭이 짧아야 발생되는 테라헤르츠 펄스파가 광대역 밴드폭이 가능하므로 펨토초 광펄스를 사용한다.As the light source 10 of the measuring unit 100, a femtosecond laser or an amplified femtosecond laser system may be used. Since the terahertz pulse wave generated when the optical pulse has a short time width can have a wide bandwidth, femtosecond optical pulses are used.

또한 실시간으로 샘플의 2차원 이미지를 얻기 위해 펄스 형태의 테라헤르츠 파를 발생하여야 하고, 따라서 펨토로 레이저 또는 증폭된 펨토로 레이저에서는 펄스광을 발생시킴이 바람직하다.In addition, in order to obtain a two-dimensional image of a sample in real time, it is necessary to generate a terahertz wave in the form of a pulse. Therefore, it is preferable to generate pulsed light in a femto laser or an amplified femto laser.

측정부(100)중 빔 스플리터(20)는 광원(10)으로부터 나온 펄스광의 일부를 테라헤르츠 파의 발생에 사용하고, 나머지는 테라헤르츠 파의 측정에 사용할 수 있도록 2개의 방향으로 분리하는 역할을 한다.The beam splitter 20 of the measuring unit 100 separates a part of the pulsed light emitted from the light source 10 in the generation of terahertz waves, and separates the rest in two directions so as to be used for the measurement of the terahertz waves. do.

측정부(100)중 딜레이 라인(30)는 테라헤르츠를 발생시키는 역할을 하는 펄스광의 시간지연을 유도한다. 스캐닝 광학 딜레이 라인은 주사속도가 100 Hz정도까지 가능하므로 고속의 데이터 획득에 유용하다. 이하의 동작원리에서 검토할 바와 같이, 시간지연을 유도하여 각 순간마다 샘플에 대한 2차원 이미지가 획득되게 된다.The delay line 30 of the measuring unit 100 induces a time delay of pulsed light, which serves to generate terahertz. Scanning optical delay lines are available for high-speed data acquisition because scan rates up to 100 Hz are possible. As will be discussed in the operation principle below, a two-dimensional image of a sample is obtained at each instant by inducing a time delay.

측정부(100)중 테라헤르츠 발생기(40)는 광전도 안테나를 사용함이 바람직하다. 광전도 안테나를 사용하여 테라헤르츠파를 발생시키는 과정의 일례로는 반절연성 갈륨비소(GaAs) 기판 위에 광전도성 박막을 증착하고 그 위에 중앙 돌출 부위를 갖는 금속 평형 전송선로를 만들어 소형 다이폴 안테나를 형성한다. 이러한 소자에 바이어스 전압을 가한 상태에서 펨토초 레이저를 간헐적으로 여기시키면 광흡수에 의해 캐리어, 즉 전자와 정공이 생성되어 순간적으로 전류가 흐르고 테라헤르츠 파가 발생된다.The terahertz generator 40 of the measuring unit 100 preferably uses a photoconductive antenna. An example of the process of generating terahertz waves using a photoconductive antenna is to deposit a photoconductive thin film on a semi-insulating gallium arsenide (GaAs) substrate and form a metal balanced transmission line with a central projecting portion thereon to form a small dipole antenna. do. When the femtosecond laser is intermittently excited with a bias voltage applied to such a device, carriers, that is, electrons and holes are generated by light absorption, and current flows instantaneously and terahertz waves are generated.

측정부(100)중 테라헤르츠 발생기(40)는 비선형 광학결정을 사용하는 것이 바람직하다. 이 방법은 펨토초 펄스 레이저를 GaAs, ZnTe 같은 결정에 비추면 입사광보다 낮은 두개의 낮은 진동수를 가진 빔으로 분리되는 비선형 효과를 이용하여 테라헤르츠 펄스파를 발생시키는 것이다.It is preferable that the terahertz generator 40 of the measurement part 100 uses a nonlinear optical crystal. This method generates a terahertz pulse wave by using a nonlinear effect, in which a femtosecond pulsed laser is irradiated on a crystal such as GaAs or ZnTe, separated into two low-frequency beams lower than incident light.

측정부(100)중 테라헤르츠 발생기(40)는 광전도체인 반도체를 사용함이 바람직하다. 반도체는 대부분 표면 근처의 에너지 밴드가 휘어져 공핍층을 형성하고, 표면 전장이 생성되는 상태이다. 표면 전장이 형성되어 있는 반도체 표면에 펨토초 레이저 펄스를 조사하면 레이저 빔으로 인하여 여기된 캐리어, 즉 전자와 정공이 반도체 표면의 전장에 의하여 가속되어 전류가 흐르고 테라헤르츠 파가 발생된다. 이때 사용되는 반도체로는 표면 전장이 큰 반도체로 GaAs, InP 등이 있다.The terahertz generator 40 of the measuring unit 100 preferably uses a semiconductor that is a photoconductor. In semiconductors, energy bands near the surface are mostly bent to form a depletion layer, and a surface electric field is generated. When femtosecond laser pulses are irradiated on a semiconductor surface having a surface electric field formed thereon, carriers, ie electrons and holes, excited by the laser beam are accelerated by the electric field of the semiconductor surface, and current flows and terahertz waves are generated. The semiconductor used here is a semiconductor having a large surface electric field such as GaAs or InP.

측정부(100)중 테라헤르츠 발생기(40)와 반투과기(60) 사이에 샘플(42)을 통과한 테라헤르츠 파를 전광결정(70)으로 인도하는 역할을 하는 유도기(44)를 설치함이 바람직하다. Between the terahertz generator 40 and the semi-transmitter 60 of the measuring unit 100 is installed an inductor 44 which guides the terahertz wave passing through the sample 42 to the photonic crystal 70. This is preferred.

유도기(44)로 렌즈, 비축(off-axis) 파라볼라 거울 등이 사용가능하다.As the inductor 44, lenses, off-axis parabolic mirrors, and the like can be used.

빔 스플리터(20)에 의하여 분리된 광선 중 테라헤르츠 발생에 사용되는 광선 외에 나머지 광선이 진행하는 경로에 놓인 편광기(52)는 광선을 선형편광 시키는 역할을 한다.In addition to the light rays used for generating terahertz among the light beams split by the beam splitter 20, the polarizer 52 placed in a path through which the remaining light rays travel linearly polarizes light.

또한 광선의 경로 중 편광기(52)에 도달하기 전에 빔 확대기(50)를 두어 넓은 폭의 초고속 광선이 편광기(52)에 입사되도록 함이 바람직하다. 유도기(44)를 통과한 테라헤르츠 파 역시 넓은 폭을 가지므로 이와 비교하기 위해 제공되는 선형 편광된 광선도 넓은 폭을 갖도록 하기 위함이다.In addition, it is preferable to place the beam expander 50 before reaching the polarizer 52 in the path of the light beam so that a wide width of the ultra-high speed light beam is incident on the polarizer 52. The terahertz wave passing through the inductor 44 also has a wide width, so that the linearly polarized light rays provided for comparison also have a wide width.

측정부(100)중 반투과기(60)는 선형 편광된 광펄스를 반사하고 테라헤르츠파는 투과하는 소자이다. 반투과기(60)로 펠리클(pellicle) 빔 스플리터 또는 고저항 실리콘 웨이퍼를 사용할 수 있다.The semi-transmitter 60 of the measuring unit 100 reflects linearly polarized light pulses and transmits terahertz waves. The semi-transmitter 60 may use a pellicle beam splitter or a high resistance silicon wafer.

측정부(100)중 전광결정(70)은 샘플을 통과한 테라헤르츠 파에 의하여 샘플의 각 위치에 대응하는 부분의 굴절율이 변한다. 굴절율이 변한 전광결정(70)은 복굴절에 의하여 선형 편광된 광선의 편광을 바꾸는 역할을 한다.The refractive index of the portion corresponding to each position of the sample is changed by the terahertz wave passing through the sample in the measuring unit 100. The photonic crystal 70 having a changed refractive index serves to change the polarization of the linearly polarized light beam by birefringence.

측정부(100)중 분석기(80)는 샘플의 각 위치에 대응하는 전광결정(70)의 부분에서 선형 편광된 광선의 편광이 바뀐 정도를 분석하는 역할을 한다.The analyzer 80 of the measuring unit 100 analyzes the degree to which the polarization of the linearly polarized light is changed in the portion of the all-crystal crystal 70 corresponding to each position of the sample.

측정부(100)중 전자신호 처리장치(90)는 분석기(80)로부터 얻은 값을 소자 내에서 전자적으로 주사해 전기 신호로 변환하는 역할을 한다. 전자신호 처리장치(90)는 고속 CCD 카메라를 사용함이 바람직하다. 고속 CCD 카메라는 512×512 픽셀로 전송률이 초당 5000프레임인 것을 사용할 수 있다. 물론 경우에 따라 픽셀의 수 및 전송률을 달리하여 사용할 수 있다.The electronic signal processing apparatus 90 of the measuring unit 100 serves to convert the value obtained from the analyzer 80 into an electrical signal by electronic scanning in the device. The electronic signal processing apparatus 90 preferably uses a high speed CCD camera. High-speed CCD cameras are available with 512 x 512 pixels and transfer rates of 5000 frames per second. Of course, in some cases, the number of pixels and the bit rate may be changed.

본 발명중 데이터 처리부(200)는 딜레이 라인(30)에서 보내온 시간정보 및 전자신호 처리장치(90)로부터 보내온 전기신호를 종합하여 샘플의 이미지를 형성하 는 곳이다. 시간영역의 분광 데이터를 푸리에 변환에 의하여 주파수 영역의 분광 데이터로 바꾸어 샘플의 각 위치의 물질을 인식하는 방법을 사용한다.In the present invention, the data processing unit 200 is a place for forming an image of a sample by combining the time information sent from the delay line 30 and the electric signal sent from the electronic signal processing apparatus 90. The spectral data in the time domain is converted into the spectral data in the frequency domain by Fourier transform to recognize the material at each position of the sample.

본 발명중 영상부(300)는 데이터처리부(200)에서 보내진 샘플에 대한 영상 이미지를 구현하는 역할을 한다. In the present invention, the imaging unit 300 serves to implement an image image for the sample sent from the data processing unit 200.

본 발명인 실시간 테라헤르츠 분광 영상 시스템의 동작방법에 대하여 자세히 검토하면 다음과 같다.The operation method of the present invention real-time terahertz spectroscopic imaging system will be described in detail as follows.

우선 본 발명은 테라헤르츠를 검출하는 방법으로 전기-광학적 표본 추출법을 사용한다. 전기-광학적 효과란 전기장을 전광매질에 가함으로써 그 매질의 광축에 따른 굴절율이 바뀌는 것을 말한다. 이 중 선형변화인 포켈스 효과를 이용하여 테라헤르츠 전자기파가 매질에 도달한 경우와 그렇지 아니한 경우 보이는 굴절율의 변화를 펨토초 레이저 펄스의 세기의 변화로 측정하는 것이다.First, the present invention uses electro-optical sampling as a method of detecting terahertz. An electro-optical effect is a change in the refractive index along the optical axis of a medium by applying an electric field to the whole optical medium. Using the Pockels effect, a linear change, the change in the refractive index seen when the terahertz electromagnetic wave reaches the medium or not is measured by the change of the intensity of the femtosecond laser pulse.

펨토초 레이저에서 발생한 초고속 레이저 광펄스는 빔 스플리터(20)에 의하여 두개의 방향으로 나뉘어진다. 나뉘어진 빔 중 일부는 테라헤르츠 파의 발생에 쓰이고 나머지 빔은 테라헤르츠 파의 검출에 사용된다.The ultrafast laser light pulses generated by the femtosecond laser are divided in two directions by the beam splitter 20. Some of the split beams are used to generate terahertz waves, while the other beams are used to detect terahertz waves.

테라헤르츠 파의 발생에 쓰이는 빔은 딜레이 라인(30)에 의하여 시간지연된다. 딜레이 라인(30)은 초당 20회 진동하여 시간을 지연시킨다. 시간지연된 빔은 테라헤르츠 발생기(40)로 입사되어 테라헤르츠 파가 발생되고, 테라헤르츠 파가 측정하고자 하는 샘플에 투과 또는 반사된 후 렌즈를 통과하고 반투과기(60)를 통과하여 전광결정(70)으로 입사된다.The beam used to generate the terahertz wave is time delayed by the delay line 30. Delay line 30 vibrates 20 times per second to delay time. The time-delayed beam is incident on the terahertz generator 40 to generate a terahertz wave, the terahertz wave is transmitted or reflected on the sample to be measured, passes through the lens, and passes through the semi-transmitter 60 to form an all-optical crystal ( 70).

테라헤르츠 파의 검출에 사용되는 빔은 빔 확대기(50)에 의하여 크기가 확대 되어 편광기(52)에 입사된다. 편광기(52)를 통과하면서 선형편광된 빔은 반투과기(60)에 의하여 반사되어 전광결정(70)에 입사된다.The beam used for detecting the terahertz wave is enlarged in size by the beam expander 50 and is incident on the polarizer 52. The linearly polarized beam passing through the polarizer 52 is reflected by the transflector 60 and is incident on the all-optical crystal 70.

샘플을 통과한 테라헤르츠 파는 샘플의 각 위치마다의 물성에 의하여 각기 다른 크기를 갖게 되며, 크기가 다른 테라헤르츠 파에 의하여 전광결정(70)의 각 위치에서의 굴절계수가 다르게 된다. 편광기를 통과한 선형편광된 빔은 각 위치마다 굴절율이 다른 전광결정(70)에 입사하여 편광특성이 바뀌게 되고, 그 편광특성이 분석기(80)를 통해 분석되고, 그 값이 전자신호 처리장치, 즉 CCD 카메라에 의하여 데이터화 된다.The terahertz waves passing through the sample have different sizes due to the physical properties of the respective positions of the sample, and the refraction coefficients at the respective positions of the electroluminescent crystal 70 are different due to the terahertz waves having different sizes. The linearly polarized beam passing through the polarizer enters the all-optical crystal 70 having different refractive indices at each position, and the polarization characteristic is changed, and the polarization characteristic is analyzed by the analyzer 80, and the value is determined by the electronic signal processing apparatus. That is, data is converted by the CCD camera.

도 2는 CCD 카메라에서 데이터처리부(200)로 전송되는 데이터를 나타낸다. X축 및 Y축은 CCD 카메라에서의 데이터열을 나타내고, Z축은 시간지연 정도를 나타낸다. 측정부(100)에서 획득되어 CCD 카메라에서 전자신호화된 데이터는 딜레이 라인(30)으로부터 시간지연에 대한 정보와 함께 보내어진다. 즉, 각 시간지연에 대한 각각의 이차원 상(F1 ,F2 …,Fn -1 ,Fn )이 데이터처리부(200)로 전송되는 것이다. 2 illustrates data transmitted from the CCD camera to the data processor 200. The X axis and the Y axis represent data streams in the CCD camera, and the Z axis represents the degree of time delay. Data acquired by the measuring unit 100 and electronically signaled by the CCD camera is sent from the delay line 30 together with information about time delay. That is, the two-dimensional images F 1 , F 2 ..., F n -1 , F n for each time delay are transmitted to the data processor 200.

도 3은 데이터처리부(200)에서의 데이터 처리를 보여준다. 데이터처리부(200)는 시간지연 정보와 CCD 카메라에서 획득된 이차원 상(F1 ,F2 …,Fn-1 ,Fn )을 기초로 각 픽셀의 물질에 대한 정보(D)를 파악한다. 이 경우 데이터처리부(200)에서는 각 픽셀의 시간영역 분광 데이터를 푸리에 변환에 의하여 주파수 영역 분광 데이터로 바꾸어 물질을 인식하는 방법을 사용할 수 있다. 이때 딜레이 라인(30)에서의 시간지연이 초당 20회 일어나고, CCD 카메라의 전송률이 초당 5000프레임인 경우 획득된 데이터는 250개, 즉 F1 ,F2 …,F240 ,F250 이 될 것이다.3 shows data processing in the data processing unit 200. The data processor 200 grasps the information D of the material of each pixel based on the time delay information and the two-dimensional images F 1 , F 2 ..., F n-1 , F n obtained by the CCD camera. In this case, the data processor 200 may use a method of recognizing a substance by converting time-domain spectral data of each pixel into frequency-domain spectral data by Fourier transform. At this time, if the time delay in the delay line 30 occurs 20 times per second and the transmission rate of the CCD camera is 5000 frames per second, 250 pieces of data are acquired, that is, F 1 , F 2 . , F 240 , F 250 .

도 4는 샘플의 각 위치에 대한 물질의 이미지를 구현하는 영상부(300)의 처리를 보여준다. 데이터처리부(200)에서는 파악한 샘플의 각 위치마다의 물질에 대한 정보(D)를 영상부(300)로 보내고 영상부(300)에서는 전송된 데이터를 2차원으로 영상화(I)한다.4 shows the processing of the imaging unit 300 to implement an image of the material for each position of the sample. The data processor 200 sends information (D) about the substance of each position of the sample to the imaging unit 300, and the imaging unit 300 images (I) the transmitted data in two dimensions.

이상 설명한 바와 같이, 고속 테라헤르츠 분광 및 실시간 테라헤르츠 영상의 장점을 결합한 본 발명에 따르면 샘플의 각 위치에 대한 분광 데이터를 고속으로 획득 및 처리하여 영상화함으로써 실시간으로 샘플의 각 위치의 물질을 식별할 수 있다. 또한 본 발명중 테라헤르츠 파는 다양한 물질을 투과하고, X선 및 레이저 등에 비하여 안전하다는 장점을 갖기 때문에 반도체 공정, 제품의 불량검사, 비파괴검사 ,보안검색뿐만 아니라 생의학 진단 분야 등에서 다양하게 쓰일 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the present invention, which combines the advantages of high-speed terahertz spectroscopy and real-time terahertz imaging, the spectral data for each position of the sample can be acquired and processed at high speed to image the material at each position of the sample in real time. Can be. In addition, since the terahertz wave in the present invention has the advantage of penetrating a variety of materials, and is safer than X-rays and lasers, the terahertz wave can be used in various fields such as semiconductor processing, product defect inspection, non-destructive inspection, security screening as well as biomedical diagnostic fields. There is this.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it will be readily apparent to those skilled in the art that various other modifications and variations are possible without departing from the spirit and scope of the invention. Are all within the scope of the appended claims.

Claims (13)

광선 빔을 발생시키는 광원(10), 상기 광선 빔을 분리하는 빔 스플리터(20), 상기 빔 스플리터(20)에서 분리된 빔의 일부를 편광시키는 편광기(52), 상기 빔 스플리터(20)에서 분리된 다른 빔의 시간지연을 유도하는 딜레이 라인(30), 상기 딜레이 라인(30)을 지난 빔이 입사되는 테라헤르츠 발생기(40), 상기 테라헤르츠 발생기(40)에서 나온 테라헤르츠 파가 샘플을 통과한 후 투과하는 반투과기(60), 상기 테라헤르츠 파 및 편광된 빔이 입사하는 전광결정(70), 상기 전광결정(70)을 통과한 빔의 편광정도를 분석하는 분석기(80), 상기 분석기(80)를 통과한 빔을 측정하는 고속 전자신호 처리장치(90)로 구성된 측정부(100);A light source 10 for generating a light beam 10, a beam splitter 20 for separating the light beams, a polarizer 52 for polarizing a part of the beam separated from the beam splitter 20, and a separation in the beam splitter 20 A delay line 30 for inducing a time delay of the other beams, a terahertz generator 40 to which a beam passing through the delay line 30 is incident, and a terahertz wave from the terahertz generator 40 pass through a sample After the transmissive semi-transmitter 60, the terahertz wave and the polarized beam is incident to the photonic crystal 70, the analyzer 80 for analyzing the degree of polarization of the beam passing through the photonic crystal 70, A measuring unit 100 configured of a high speed electronic signal processing apparatus 90 for measuring a beam passing through the analyzer 80; 상기 측정부(100)중 상기 전자신호 처리장치(90)의 데이터 및 상기 딜레이 라인(30)에서의 데이터를 기초로 물질정보를 파악하는 데이터처리부(200); 및A data processor (200) for identifying material information based on data of the electronic signal processing device (90) and data on the delay line (30) of the measurement unit (100); And 상기 데이터처리부(200)에서의 샘플의 각 위치의 물질정보를 영상화하는 영상부(300);로 구성된 것을 특징으로 하는 실시간 테라헤르츠 분광 영상장치.And an imaging unit (300) for imaging the material information of each position of the sample in the data processing unit (200). 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 광원(10)은 펨토초 레이저 또는 증폭된 펨토초 레이저인 것을 특징으로 하는 실시간 테라헤르츠 분광 영상장치.The light source 10 is a real-time terahertz spectroscopic imaging apparatus, characterized in that the femtosecond laser or amplified femtosecond laser. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 테라헤르츠 발생기(40)는 광전도 안테나를 사용하는 것을 특징으로 하는 실시간 테라헤르츠 분광 영상장치.The terahertz generator 40 is a real-time terahertz spectroscopic imaging apparatus, characterized in that using a photoconductive antenna. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 테라헤르츠 발생기(40)는 비선형 결정을 사용하는 것을 특징으로 하는 실시간 테라헤르츠 분광 영상장치.The terahertz generator 40 is a real-time terahertz spectroscopic image device, characterized in that using a non-linear crystal. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 테라헤르츠 발생기(40)는 반도체를 사용하는 것을 특징으로 하는 실시간 테라헤르츠 분광 영상장치.The terahertz generator 40 is a real-time terahertz spectroscopic imaging apparatus, characterized in that using a semiconductor. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 딜레이 라인(30)은 스캐닝 광학 딜레이 라인인 것을 특징으로 하는 실시간 테라헤르츠 분광 영상장치.The delay line 30 is a real-time terahertz spectroscopic imaging device, characterized in that the scanning optical delay line. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 테라헤르츠 발생기(40)와 상기 반투과기(60) 사이에 렌즈가 더 추가되는 것을 특징으로 하는 실시간 테라헤르츠 분광 영상장치.Real time terahertz spectroscopic imaging apparatus, characterized in that the lens is further added between the terahertz generator 40 and the transflective device (60). 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 테라헤르츠 발생기(40)와 상기 반투과기(60) 사이에 비축 파라볼라 거울이 더 추가되는 것을 특징으로 하는 실시간 테라헤르츠 분광 영상장치.Real-time terahertz spectroscopic imaging apparatus, characterized in that the non-axis parabola mirror is further added between the terahertz generator (40) and the semi-transmitter (60). 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 빔 스플리터(20)와 상기 편광기(52) 사이에 빔 확대기(50)가 더 추가되는 것을 특징으로 하는 실시간 테라헤르츠 분광 영상장치.Real-time terahertz spectroscopic imaging apparatus, characterized in that a beam expander (50) is further added between the beam splitter (20) and the polarizer (52). 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 전자신호 처리장치(90)는 CCD 카메라인 것을 특징으로 하는 실시간 테라헤르츠 분광 영상장치.The electronic signal processing device 90 is a real-time terahertz spectroscopic imaging device, characterized in that the CCD camera. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 반투과기(60)는 펠리클 빔 스플리터인 것을 특징으로 하는 실시간 테라헤르츠 분광 영상장치.The transflector (60) is a real-time terahertz spectroscopic imaging apparatus, characterized in that the pellicle beam splitter. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 반투과기(60)는 고저항 실리콘 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 실시간 테라헤르츠 분광 영상장치.The semi-transmitter 60 is a real-time terahertz spectroscopic imaging device, characterized in that the high resistance silicon wafer. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 데이터처리부(200)는 시간영역의 파형을 푸리에 변환하여 물질을 인식하는 데이터처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 실시간 테라헤르츠 분광 영상장치.The data processor 200 performs Fourier transform of a time domain waveform to perform data processing for recognizing a substance.
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