KR101017796B1 - Contact type terahertz time domain spectrum device - Google Patents

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Abstract

접촉형 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치를 개시한다. 테라헤르츠 시분해 분광 장치는 테라헤르츠 전자기파를 발생하는 테라헤르츠 발생기와, 상기 발생된 테라헤르츠 전자기파를 측정하고자 하는 샘플에 맞추고 반사시키는 비대칭형 테라헤르츠 렌즈 및 상기 비대칭형 테라헤르츠 렌즈로부터 반사된 테라헤르츠 전자기파를 측정하는 테라헤르츠 측정기를 포함할 수 있다.Disclosed is a contact terahertz time domain spectrometer. The terahertz time resolution spectrometer is a terahertz generator for generating terahertz electromagnetic waves, an asymmetric terahertz lens for reflecting and reflecting the generated terahertz electromagnetic waves on a sample to be measured, and terahertz reflected from the asymmetric terahertz lens It may include a terahertz meter for measuring electromagnetic waves.

테라헤르츠 시간 도메인 분광(terahertz time domain spectrum), 반사형(reflection type), 접촉형(contact type), 비대칭형 테라헤르츠 렌즈(asymmetric terahertz lense) Terahertz time domain spectrum, reflection type, contact type, asymmetric terahertz lense

Description

접촉형 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치{CONTACT TYPE TERAHERTZ TIME DOMAIN SPECTRUM DEVICE}Contact type terahertz time domain spectroscopy {CONTACT TYPE TERAHERTZ TIME DOMAIN SPECTRUM DEVICE}

본 발명은 테라헤르츠 파장영역을 이용하여 영상을 획득할 수 있는 반사 형태의 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 측정하고자 하는 샘플에 직접 모듈을 접촉하여 샘플의 특징을 측정할 수 있는 접촉 형태의 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a terahertz time domain spectroscopy device in the form of a reflection capable of acquiring an image using the terahertz wavelength region. More particularly, the characteristics of a sample can be measured by directly contacting a module to a sample to be measured. A terahertz time domain spectrometer in contact form.

일반적으로, 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치는 테라헤르츠 전자기파를 가하였을 때 테라헤르츠 전자기파의 시간 도메인 파형을 측정하는 장치이다. 이러한 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치는 투과되는 테라헤르츠 전자기파를 측정하는 투과형 타입과 반사되어 나오는 테라헤르츠 전자기파를 측정하는 반사형 타입이 있다. In general, a terahertz time domain spectrometer is a device for measuring the time domain waveform of terahertz electromagnetic waves when terahertz electromagnetic waves are applied. Such terahertz time domain spectroscopy includes a transmission type for measuring transmitted terahertz electromagnetic waves and a reflection type for measuring reflected terahertz electromagnetic waves.

종래 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치는 테라헤르츠 전자기파가 가시광선 영역의 빛에 비해 그 파장이 길어서 발생 시 회절 효과에 의해 퍼져 나가게 되므로 퍼져 나가는 테라헤르츠 전자기파를 집속하기 위해 비축(off-axis) 파라볼라 거울을 사용한다. 이처럼 종래 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치는 비축 파라볼라 거 울을 사용함에 따라 광학계의 크기가 내시경과 같은 용도로 사용하기에 너무 클 뿐만 아니라 테라헤르츠 전자기파가 집속되는 부분에 샘플을 두어야 하는 어려움이 있다.In the conventional terahertz time domain spectroscopy, since the terahertz electromagnetic waves are longer than the light in the visible region and are spread by the diffraction effect when they occur, an off-axis parabola mirror is used to focus the terahertz electromagnetic waves. use. As described above, the conventional terahertz time domain spectroscopy uses a non-axis parabola mirror, and the size of the optical system is too large to be used for an endoscope, and there is a difficulty in placing a sample in a region where terahertz electromagnetic waves are focused.

본 발명은 테라헤르츠 전자기파를 집속하기 위해 비대칭형 테라헤르츠 렌즈를 사용하여 내시경과 같은 응용이 가능할 정도의 소형 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치를 제공한다.The present invention provides a compact terahertz time domain spectroscopy device capable of application such as an endoscope by using an asymmetric terahertz lens to focus terahertz electromagnetic waves.

또한 본 발명은 렌즈에 바로 샘플을 가져다 두는 접촉 형태로 측정이 가능하여 샘플을 테라헤르츠 전자기파가 집속되는 곳에 놓을 필요가 없어 측정이 용이한 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a terahertz time domain spectroscopy device that can be measured in the form of a contact with a sample directly on the lens, so that the sample does not need to be placed in a region where terahertz electromagnetic waves are focused.

본 발명의 일실시예에 따른 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치는 테라헤르츠 전자기파를 발생하는 테라헤르츠 발생기와, 상기 발생된 테라헤르츠 전자기파를 측정하고자 하는 샘플에 맞추고 반사시키는 비대칭형 테라헤르츠 렌즈 및 상기 비대칭형 테라헤르츠 렌즈로부터 반사된 테라헤르츠 전자기파를 측정하는 테라헤르츠 측정기를 포함할 수 있다.The terahertz time domain spectrometer according to an embodiment of the present invention is a terahertz generator for generating terahertz electromagnetic waves, an asymmetric terahertz lens and the asymmetric type for reflecting and reflecting the generated terahertz electromagnetic waves on a sample to be measured. And a terahertz meter for measuring terahertz electromagnetic waves reflected from the terahertz lens.

본 발명의 일실시예에 따르면, 테라헤르츠 전자기파를 집속하기 위해 비대칭형 테라헤르츠 렌즈를 사용하여 내시경과 같은 응용이 가능할 만큼의 소형 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치를 제공할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, an asymmetric terahertz lens can be used to focus terahertz electromagnetic waves, thereby providing a compact terahertz time domain spectroscopy device capable of application such as an endoscope.

또한 본 발명의 일실시예에 따르면, 렌즈에 바로 샘플을 가져다 두는 접촉 형태로 측정이 가능하여 샘플을 테라헤르츠 전자기파가 집속되는 곳에 놓을 필요가 없어 상당히 용이하게 측정이 가능한 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치를 제공할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, a terahertz time domain spectroscopy device that can be measured in a contact form directly bringing a sample directly to the lens does not need to place the sample where the terahertz electromagnetic waves are focused. Can provide.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a terahertz time domain spectrometer according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 접촉형 시간 도메인 분광 장치가 실제 측정에 응용될 때의 구성을 나타내는 도면이다.1 is a view showing the configuration when the contact type time domain spectrometer according to an embodiment of the present invention is applied to an actual measurement.

도 1을 참조하면, 광원(10)은 테라헤르츠 시간 도메인 분광 영상을 얻기 위한 광펄스를 발생한다. 일례로 광원(10)은 상기 광펄스의 시간 폭이 짧아야 하므로 펨토 초(femto second) 광펄스 레이저가 사용될 수 있다. Referring to FIG. 1, the light source 10 generates light pulses for obtaining a terahertz time domain spectroscopic image. For example, since the light source 10 needs to have a short time width of the light pulse, a femto second light pulse laser may be used.

광원(10)에 의해 발생된 광펄스는 광섬유(40)를 통해 접촉형 시간 도메인 분광 장치(100)로 전송될 때 광섬유(40)가 가지고 있는 군속도 분산을 보상하기 위해 분광 보상 장치(15)를 거치게 된다. 일례로 분광 보상 장치(15)는 2개의 프리즘 또는 2개의 회절 격자로 구성될 수 있다.Optical pulses generated by the light source 10 are used to compensate the group velocity dispersion of the optical fiber 40 when it is transmitted through the optical fiber 40 to the contact type time domain spectrometer 100. Going through. In one example, the spectroscopic compensator 15 may consist of two prisms or two diffraction gratings.

분광 보상 장치(15)에 의해 보상된 광펄스는 빔 스플리터(20)에 의해 나누어지고, 각각 접촉형 시간 도메인 분광 장치(100)의 테라헤르츠 발생기(60)와 테라헤르츠 측정기(90)로 전송된다. 접촉형 시간 도메인 분광 장치(100)에서 사용되는 테라헤르츠 측정기(90)에 필요한 광에너지보다 테라헤르츠 발생기(60)에 필요한 광에너지가 크다. The optical pulses compensated by the spectroscopic compensator 15 are divided by the beam splitter 20 and transmitted to the terahertz generator 60 and the terahertz meter 90 of the contact time domain spectrometer 100, respectively. . The light energy required for the terahertz generator 60 is greater than the light energy needed for the terahertz meter 90 used in the contact type time domain spectrometer 100.

그러므로 빔 스플리터(20)는 테라헤르츠 측정기(90)쪽보다 테라헤르츠 발생 기(60)쪽으로 상대적으로 더 많은 광에너지가 전송되도록 상기 보상된 광펄스를 제1광펄스 및 제2광펄스로 나눈다. 상기 제1광펄스는 테라헤르츠 발생기(60)로 전송되며, 상기 제2광펄스는 테라헤르츠 측정기(90)로 전송된다. 상기 제1광펄스의 광에너지가 상기 제2광펄스의 광에너지보다 더 크다.Therefore, the beam splitter 20 divides the compensated light pulse into a first light pulse and a second light pulse so that relatively more light energy is transmitted to the terahertz generator 60 than to the terahertz meter 90. The first optical pulse is transmitted to the terahertz generator 60, and the second optical pulse is transmitted to the terahertz measuring unit 90. The light energy of the first light pulse is greater than the light energy of the second light pulse.

상기 제1광펄스는 제1광섬유 런쳐(51)를 통해 제1광섬유(41)로 들어가고, 제1광섬유(41)로 들어간 제1광펄스는 테라헤르츠 발생기(60)로 전송된다. The first optical pulse enters the first optical fiber 41 through the first optical fiber launcher 51, and the first optical pulse entering the first optical fiber 41 is transmitted to the terahertz generator 60.

테라헤르츠 발생기(60)는 상기 전송된 제1광펄스를 이용하여 테라헤르츠 전자기파를 발생한다. 이때 테라헤르츠 발생기(60)는 광전도 안테나를 사용할 수 있다. 일례로 테라헤르츠 발생기(60)는 갈륨 비소에 금속 안테나를 만들고 여기에 바이어스 전압을 걸어준 상태에서 상기 제1광펄스가 전송되면, 광흡수에 의해 발생된 자유전자를 가속하여 테라헤르츠 전자기파를 발생할 수 있다. The terahertz generator 60 generates terahertz electromagnetic waves using the transmitted first light pulse. In this case, the terahertz generator 60 may use a photoconductive antenna. For example, the terahertz generator 60 generates a terahertz electromagnetic wave by accelerating free electrons generated by light absorption when the first optical pulse is transmitted while a metal antenna is made of gallium arsenide and a bias voltage is applied thereto. Can be.

한편 상기 제2광펄스는 딜레이 라인(30)을 거치며, 딜레이 라인(30)은 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치(100)에서 발생되는 테라헤르츠의 측정 시간을 조절하기 위해 상기 제2광펄스에 대한 전송 속도를 지연시킨다. Meanwhile, the second light pulse passes through the delay line 30, and the delay line 30 transmits the second light pulse to the second light pulse to adjust the measurement time of the terahertz generated by the terahertz time domain spectrometer 100. Delay the speed.

딜레이 라인(30)을 거친 제2광펄스는 제2광섬유 런쳐(52)를 통해 제2광섬유(42)로 들어가고, 제2광섬유(42)로 들어간 제2광펄스는 테라헤르츠 측정기(90)로 전송된다.The second optical pulse passing through the delay line 30 enters the second optical fiber 42 through the second optical fiber launcher 52, and the second optical pulse entering the second optical fiber 42 goes to the terahertz measuring device 90. Is sent.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 접촉형 시간 도메인 분광 장치에서 발생된 테라헤르츠 전자기파가 비대칭형 테라헤르츠 렌즈에 의해 집속되는 상태를 나타내는 도면이다.2 is a view showing a state in which terahertz electromagnetic waves generated in a contact time domain spectrometer according to an embodiment of the present invention are focused by an asymmetric terahertz lens.

도 2를 참조하면, 테라헤르츠 발생기(60)에 의해 발생된 테라헤르츠 전자기파는 테라헤르츠 발생기(60)와 45도 각도로 이루어진 비대칭형 테라헤르츠 렌즈(80)를 통해 측정하고자 하는 샘플(82)에 맞고 90도로 반사하게 된다. 이때 반사된 테라헤르츠 전자기파는 테라헤르츠 측정기(90)에 도달하게 된다. 테라헤르츠 측정기(90)는 상기 도달된 테라헤르츠 전자기파를 이용하여 샘플(82)에 대한 테라헤르츠 전자기파를 측정한다. 테라헤르츠 측정기(90)는 광전도 안테나를 사용할 수 있다. 일례로 테라헤르츠 측정기(90)는 제2광섬유(42)에 따라 제2광펄스가 전송되면, 광흡수에 의해 자유전자가 생겨나고, 이때 상기 반사된 테라헤르츠 전자기파가 전달되면, 상기 테라헤르츠 전자기파에 의해 자유전자가 상기 광전도 안테나 사이를 이동하게 되어 생성되고, 상기 생성된 전류로 샘플(82)에 대한 테라헤츠르 전자기파를 측정한다. Referring to FIG. 2, the terahertz electromagnetic waves generated by the terahertz generator 60 are applied to a sample 82 to be measured through an asymmetric terahertz lens 80 formed at a 45 degree angle with the terahertz generator 60. And it will reflect 90 degrees. At this time, the reflected terahertz electromagnetic wave reaches the terahertz measuring instrument 90. The terahertz meter 90 measures the terahertz electromagnetic waves for the sample 82 using the reached terahertz electromagnetic waves. The terahertz meter 90 may use a photoconductive antenna. For example, the terahertz measuring instrument 90 generates free electrons by light absorption when the second optical pulse is transmitted according to the second optical fiber 42. At this time, when the reflected terahertz electromagnetic waves are transmitted, the terahertz electromagnetic waves Free electrons are generated by moving between the photoconductive antennas, and the terahertz electromagnetic waves for the sample 82 are measured using the generated current.

테라헤르츠 발생기(60), 비대칭형 테라헤르츠 렌즈(80) 및 테라헤르츠 측정기(90)는 이등변 직각 삼각형 기둥 형태의 모듈 마운트(70)에 의해 각각의 면에 고정된다. 일례로 테라헤르츠 발생기(60)는 이등변 직각 삼각형 기둥 형태의 모듈 마운트(70)의 밑변에 대응되는 면에 고정되고, 비대칭형 테라헤르츠 렌즈(80)는 모듈 마운트(70)의 빗변에 대응되는 면에 고정되고, 테라헤르츠 측정기(90)는 모듈 마운트(70)의 높이에 대응되는 면에 고정될 수 있다. 다른 일례로 테라헤르츠 발생기(60)는 모듈 마운트(70)의 높이에 대응되는 면에 고정되고, 비대칭형 테라헤르츠 렌즈(80)는 모듈 마운트(70)의 빗변에 대응되는 면에 고정되고, 테라헤르츠 측정기(90)는 모듈 마운트(70)의 밑변에 대응되는 면에 고정될 수 있다.The terahertz generator 60, the asymmetric terahertz lens 80 and the terahertz measuring instrument 90 are fixed to each side by a module mount 70 in the form of an isosceles right angled triangular column. For example, the terahertz generator 60 is fixed to a surface corresponding to the base of the module mount 70 in the form of an isosceles right angle triangular column, and the asymmetric terahertz lens 80 corresponds to the hypotenuse of the module mount 70. Fixed to the terahertz meter 90 may be fixed to a surface corresponding to the height of the module mount 70. In another example, the terahertz generator 60 is fixed to the surface corresponding to the height of the module mount 70, the asymmetric terahertz lens 80 is fixed to the surface corresponding to the hypotenuse of the module mount 70, The hertz meter 90 may be fixed to a surface corresponding to the bottom side of the module mount 70.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 접촉형 시간 도메인 분광 장치에서 모듈 마운트, 테라헤르츠 발생기 및 테라헤르츠 측정기를 3차원적으로 도시한 도면이다.FIG. 3 is a three-dimensional view showing a module mount, a terahertz generator, and a terahertz meter in a contact type time domain spectrometer according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 접촉형 시간 도메인 분광 장치(100)에서 모듈 마운트(70)는 직각 이등변 삼각형 기둥 형태이며, 알루미늄 또는 플라스틱과 같이 가볍고 단단한 재질로 만들어질 수 있다. Referring to FIG. 3, in the contact type time domain spectrometer 100 according to an embodiment of the present invention, the module mount 70 may have a right angled isosceles triangle column shape, and may be made of a light and hard material such as aluminum or plastic. .

도 4는 도 2에 도시된 접촉형 시간 도메인 분광 장치에서 비대칭형 테라헤르츠 렌즈가 없는 경우의 테라헤르츠 전자기파가 집속되지 않고 퍼져나가 상태를 나타내는 도면이다.FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which terahertz electromagnetic waves are spread out instead of focused in the case where there is no asymmetric terahertz lens in the contact type time domain spectrometer shown in FIG. 2.

도 4를 참조하면, 도 2에 도시된 접촉형 시간 도메인 분광 장치(100)에서 비대칭형 테라헤르츠 렌즈(80)가 없는 경우 테라헤르츠 발생기(60)에서 발생된 테라헤르츠 전자기파는 샘플(82)에 맞고 반사되면서 계속 퍼져나가게 된다. 이는 테라헤르츠 측정기(90)로 전송되는 신호의 세기를 약하게 할 뿐만 아니라 실제 발생된 테라헤츠르 전자기파의 진행 경로의 차이에 의한 신호의 왜곡을 가져온다. Referring to FIG. 4, when there is no asymmetric terahertz lens 80 in the contact type time domain spectrometer 100 shown in FIG. 2, the terahertz electromagnetic waves generated by the terahertz generator 60 are applied to the sample 82. As it is hit and reflected, it continues to spread. This not only weakens the strength of the signal transmitted to the terahertz meter 90, but also causes distortion of the signal due to the difference in the propagation path of the terahertz electromagnetic wave actually generated.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 접촉형 시간 도메인 분광 장치(100)는 비대칭형 테라헤르츠 렌즈(80)가 필요하며, 비대칭형 테라헤르츠 렌즈(80)가 존재하기 때문에 테라헤르츠 발생기(60)와 테라헤르츠 측정기(90)가 약간씩 직각 삼각형에서의 직각 쪽으로 이동시켜 비대칭형 테라헤르츠 렌즈(60)의 중심과 맞게 테라헤르츠 전자기파를 진행시킬 필요가 있다. Therefore, the contact type time domain spectrometer 100 according to the embodiment of the present invention requires an asymmetric terahertz lens 80, and because the asymmetric terahertz lens 80 exists, the terahertz generator 60 is used. And the terahertz meter 90 needs to be moved slightly toward the right angle in the right triangle to propagate the terahertz electromagnetic waves to the center of the asymmetric terahertz lens 60.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 접촉형 시간 도메인 분광 장치에서 사용되는 비대칭형 테라헤르츠 렌즈에 의해 테라헤르츠 발생기와 테라헤르츠 측정기가 조금씩 이동해야 하는 상황을 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a view illustrating a situation in which a terahertz generator and a terahertz measuring device must be moved little by little by the asymmetric terahertz lens used in the contact type time domain spectrometer according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 모듈 마운트(70)는 비대칭형 테라헤르츠 렌즈(80)의 중심에 맞도록 상기 직각 이등변 삼각형에서 테라헤르츠 발생기(60) 및 상기 테라헤르츠 측정기(90)를 직각 쪽으로 이동시키는 위치에 고정시킨다. Referring to FIG. 5, the module mount 70 moves the terahertz generator 60 and the terahertz measuring instrument 90 at a right angle in the right isosceles triangle to fit the center of the asymmetric terahertz lens 80. Fix it to

비대칭형 테라헤르츠 렌즈(80)는 중심 두께(

Figure 112009004258046-pat00001
)에 따라 테라헤르츠 전자기파를 굴절시킨다. 상기 테라헤르츠 전자기파의 이동 거리(D)는 수학식 1과 같이 표현된다.The asymmetric terahertz lens 80 has a center thickness (
Figure 112009004258046-pat00001
Refracts terahertz electromagnetic waves. The moving distance D of the terahertz electromagnetic wave is expressed by Equation 1 below.

Figure 112009004258046-pat00002
Figure 112009004258046-pat00002

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 접촉형 시간 도메인 분광 장치에서 사용되는 비대칭형 테라헤르츠 렌즈의 모양을 수학적으로 기술하기 위해 좌표축과 모듈 마운트를 같이 도시한 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a coordinate axis and a module mount together to mathematically describe the shape of an asymmetric terahertz lens used in a contact time domain spectrometer according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 비대칭형 테라헤르츠 렌즈(80)가 위치한 모듈 마운트(70)의 직각 이등변 삼각형 모양에서 대각선에 평행한 대각면을 xy 평면으로 잡고, 직각 이등변 삼각형에 평행한 방향을 x축으로 정하고, 수직인 방향을 y축으로 정하고, 비대칭형 테라헤르츠 렌즈(80)의 중심을 평면의 중심으로 좌표축이 설정된다.Referring to FIG. 6, in the right angle isosceles triangle shape of the module mount 70 in which the asymmetric terahertz lens 80 is located, the diagonal plane parallel to the diagonal is taken as the xy plane, and the direction parallel to the angled isosceles triangle is taken as the x axis. And a vertical direction is set as the y-axis, and the coordinate axis is set with the center of the asymmetric terahertz lens 80 as the center of the plane.

Figure 112009004258046-pat00003
Figure 112009004258046-pat00003

상기 설정된 좌표축에 따라 비대칭형 테라헤르츠 렌즈(80)의 중심에서 테라헤르츠 발생기(60)와 테라헤르츠 측정기(90)가 있는 면의 중심까지의 거리를 R이라고 하면, 테라헤츠르 발생기(60)의 좌표 및 테라헤르츠 측정기(90)의 좌표는 수학식 1에 의해 수학식 2와 같이 표현될 수 있다. When the distance from the center of the asymmetric terahertz lens 80 to the center of the plane where the terahertz generator 60 and the terahertz measuring instrument 90 are located along the set coordinate axis is R, the terahertz generator 60 Coordinates and the coordinates of the terahertz measuring instrument 90 may be represented by Equation 2 by Equation 1.

만일 비대칭형 테라헤르츠 렌즈(80)의 중심 두께(

Figure 112009004258046-pat00004
)가 접촉형 시간 도메인 분광 장치(100)가 이루는 광학계에 비해서 충분히 짧다면, 테라헤르츠 발생기(60)의 좌표 및 테라헤르츠 측정기(90)의 좌표는 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.If the center thickness of the asymmetric terahertz lens 80
Figure 112009004258046-pat00004
) Is sufficiently short compared to the optical system formed by the contact type time domain spectrometer 100, the coordinates of the terahertz generator 60 and the coordinates of the terahertz measuring instrument 90 may be expressed as Equation 3 below.

Figure 112009004258046-pat00005
Figure 112009004258046-pat00005

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 접촉형 시간 도메인 분광 장치에서 xyz 좌표축을 기준으로 테라헤르츠 전자기파의 이동을 도시한 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating the movement of terahertz electromagnetic waves with respect to the xyz coordinate axis in a contact type time domain spectrometer according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 비대칭형 테라헤르츠 렌즈(80)의 xy 평면에 어떠한 부분에서 테라헤르츠 전자기파가 반사되었느냐에 따라 상기 테라헤르츠 전자기파에 대한 반사 거리가 달라진다. 이를 구체적으로 계산하기 위해 xy 평면에서 테라헤르츠 전자기파가 반사되는 부분의 좌표를 (X, Y, 0)라고 하면, 거리(L)은 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.Referring to FIG. 7, the reflection distance of the terahertz electromagnetic waves varies depending on which part of the asymmetric terahertz lens 80 reflects the terahertz electromagnetic waves in the xy plane. In order to specifically calculate this, if the coordinates of the part where the terahertz electromagnetic wave is reflected in the xy plane are (X, Y, 0), the distance L may be expressed as Equation 4.

Figure 112009004258046-pat00006
Figure 112009004258046-pat00006

이때 근축광선(paraxial ray)에 대해서는 X, Y<R이라고 하면,

Figure 112009004258046-pat00007
과
Figure 112009004258046-pat00008
의 2차항까지 근사하여 표현하면 상기 거리(L)은 수학식 5와 같이 표현될 수 있다. In this case, X and Y <R for paraxial ray,
Figure 112009004258046-pat00007
and
Figure 112009004258046-pat00008
When approximated to the quadratic term of, the distance L may be expressed as in Equation 5.

Figure 112009004258046-pat00009
Figure 112009004258046-pat00009

일반적으로 렌즈는 광원에서 상까지의 여러 경로에 대해 같은 광 경로 거리(Optical Path Length)를 갖게 하여 상을 맺히게 한다. 여기서, 상기 광 경로 거리는 빛의 이동 거리에 이동하고 있는 매질의 굴절계수를 곱하여서 표현된 값이다. In general, a lens has the same optical path length for multiple paths from a light source to an image to form an image. Here, the optical path distance is a value expressed by multiplying the refraction coefficient of the moving medium by the moving distance of light.

따라서, 비대칭형 테라헤르츠 렌즈(80)는 이러한 광 경로 거리를 여러 경로에 대해서 같게 만드는 형태로 디자인되어야 한다. 즉, 비대칭형 테라헤르츠 렌 즈(80)의 두께는 수학식 5에서

Figure 112009004258046-pat00010
항을 보상해주어야 한다. Thus, the asymmetric terahertz lens 80 must be designed in such a way that this optical path distance is the same for several paths. That is, the thickness of the asymmetric terahertz lens 80 is expressed by Equation 5
Figure 112009004258046-pat00010
The claim must be compensated.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 접촉형 시간 도메인 분광 장치에서 사용되는 비대칭형 테라헤르츠 렌즈에서의 광 거리를 도시한 도면이다.FIG. 8 is a diagram illustrating an optical distance of an asymmetric terahertz lens used in a contact time domain spectrometer according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 이때 입사각은 45도이고, 반사되는 지점이 (X, Y, 0)일 때 비대칭형 테라헤르츠 렌즈(80)의 두께를 T(X, Y)라고 하면, 평면 Z=

Figure 112009004258046-pat00011
에서 샘플(82)에 맞고 반사되어 다시 평면
Figure 112009004258046-pat00012
에 도달했을 때까지의 광 거리(OPL)는 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.Referring to FIG. 8, when the incident angle is 45 degrees and the reflection point is (X, Y, 0), the thickness of the asymmetric terahertz lens 80 is T (X, Y).
Figure 112009004258046-pat00011
In the sample (82) and reflected back plane
Figure 112009004258046-pat00012
The optical distance OPL until reaching may be expressed by Equation 6.

Figure 112009004258046-pat00013
Figure 112009004258046-pat00013

여기서,

Figure 112009004258046-pat00014
는 굴절각을 의미하며, 입사각이 45도이므로 스넬의 법칙에 의해 표현될 수 있다.here,
Figure 112009004258046-pat00014
Is the angle of refraction and can be expressed by Snell's law since the angle of incidence is 45 degrees.

비대칭형 테라헤르츠 렌즈(80)가 테라헤르츠 측정기(90)까지 테라헤르츠를 잘 보내주려면 수학식 6에 기재된 광거리(OPL)와

Figure 112009004258046-pat00015
의 합이 상수가 되어야 한다. 이때 T(0, 0) =
Figure 112009004258046-pat00016
임을 고려하여 비대칭형 테라헤르츠 렌즈(80)의 두께(T)를 구하면 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.In order for the asymmetric terahertz lens 80 to send the terahertz to the terahertz meter 90 well, the optical distance (OPL)
Figure 112009004258046-pat00015
The sum of must be a constant. Where T (0, 0) =
Figure 112009004258046-pat00016
Considering that the thickness (T) of the asymmetric terahertz lens 80 can be obtained as shown in Equation (7).

Figure 112009004258046-pat00017
Figure 112009004258046-pat00017

수학식 7과 같이 렌즈를 구성하게 되면, X축과 Y축이 비대칭 형태인 비대칭형 테라헤르츠 렌즈(80)가 구성된다. When the lens is configured as shown in Equation 7, an asymmetric terahertz lens 80 having an asymmetrical X-axis and Y-axis is configured.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 접촉형 시간 도메인 분광 장치에서 사용되는 비대칭형 테라헤르츠 렌즈의 기하학적 모양을 3차원 그래프로 도시한 도면이다.9 is a diagram illustrating a geometrical shape of an asymmetric terahertz lens used in a contact time domain spectrometer according to an embodiment of the present invention in a three-dimensional graph.

도 9를 참조하면, 비대칭형 테라헤르츠 렌즈(80)는 비축 파라볼라 거울이 비대칭인 것과 같이 비대칭적인 모양으로 구현된다. 비대칭형 테라헤르츠 렌즈(80)는 한쪽 면이 평면일 필요는 없지만 접촉 형태의 측정을 위해 샘플과 만나는 면을 평면으로 구현될 수 있다. Referring to FIG. 9, the asymmetric terahertz lens 80 is embodied in an asymmetrical shape such that the non-axis parabola mirror is asymmetrical. The asymmetric terahertz lens 80 does not need to be flat on one side, but may be implemented in a plane that meets the sample for measuring the contact shape.

비대칭형 테라헤르츠 렌즈(80)는 색 수차를 무시할 수 있도록 하기 위해 굴절계수가 파장에 따른 변화가 적은 물질로 구성될 수 있다. 일례로 비대칭형 테라 헤르츠 렌즈(80)는 테라헤르츠 영역의 파장에서 그 굴절계수의 변화가 적은 테플론이나 도핑이 되지 않은 실리콘이 재료로 사용될 수 있다. The asymmetric terahertz lens 80 may be made of a material having a small change in refractive index according to the wavelength so as to ignore chromatic aberration. For example, the asymmetric terahertz lens 80 may be made of Teflon or undoped silicon, which has a small variation in the refractive index of the terahertz region.

이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치(100)는 비대칭형 테라헤르츠 렌즈(80)를 사용함으로써 소형화됨에 따라 더욱 편안하게 테라헤르츠 전자기파를 측정할 수 있다. As described above, the terahertz time domain spectrometer 100 according to the embodiment of the present invention can measure terahertz electromagnetic waves more comfortably as it is miniaturized by using the asymmetric terahertz lens 80.

본 발명의 일실시예에 따른 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치(100)는 발생된 테라헤르츠 전자기파를 90도로 돌려 측정하고, 그 과정에서 퍼지는 것을 모아주는 비대칭형 테라헤르츠 렌즈(80)를 사용하면, 테라헤르츠 전자기파가 아니더라도 회절 효과가 큰 파동을 이용하여 측정하는 경우라면 얼마든지 응용이 가능하다. The terahertz time domain spectrometer 100 according to an embodiment of the present invention measures the generated terahertz electromagnetic waves by 90 degrees, and uses an asymmetric terahertz lens 80 that collects spread in the process. Even if it is not Hertz electromagnetic wave, it can be applied as long as it is measured by using wave with high diffraction effect.

또한 본 발명의 일실시예에 따른 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치(100)는 테라헤르츠 전자기파를 집속하기 위해 비대칭형 테라헤르츠 렌즈를 사용함으로써 소형화됨에 따라 내시경과 같은 응용 분야에서 적용할 수 있다.In addition, the terahertz time domain spectrometer 100 according to an embodiment of the present invention may be applied in an application field such as an endoscope as it is miniaturized by using an asymmetric terahertz lens to focus terahertz electromagnetic waves.

또한 본 발명의 일실시예에 따른 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치(100)는 렌즈에 바로 샘플을 가져다 두는 접촉 형태로 측정이 가능하여 샘플을 테라헤르츠 전자기파가 집속되는 곳에 놓을 필요가 없어 상당히 용이하게 측정할 수 있다. In addition, the terahertz time domain spectrometer 100 according to an embodiment of the present invention can be measured in a contact form in which a sample is directly placed on a lens, so that the sample does not need to be placed where the terahertz electromagnetic waves are focused. can do.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해 져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the claims below, but also by those equivalent to the claims.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 접촉형 시간 도메인 분광 장치가 실제 측정에 응용될 때의 구성을 나타내는 도면이다.1 is a view showing the configuration when the contact type time domain spectrometer according to an embodiment of the present invention is applied to an actual measurement.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 접촉형 시간 도메인 분광 장치에서 발생된 테라헤르츠 전자기파가 비대칭형 테라헤르츠 렌즈에 의해 집속되는 상태를 나타내는 도면이다.2 is a view showing a state in which terahertz electromagnetic waves generated in a contact time domain spectrometer according to an embodiment of the present invention are focused by an asymmetric terahertz lens.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 접촉형 시간 도메인 분광 장치에서 마운트, 테라헤르츠 발생기 및 테라헤르츠 측정기를 3차원적으로 도시한 도면이다.FIG. 3 is a three-dimensional view of a mount, a terahertz generator, and a terahertz meter in a contact type time domain spectrometer according to an embodiment of the present invention.

도 4는 도 2에 도시된 접촉형 시간 도메인 분광 장치에서 비대칭형 테라헤르츠 렌즈가 없는 경우의 테라헤르츠 전자기파가 집속되지 않고 퍼져나가 상태를 나타내는 도면이다.FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which terahertz electromagnetic waves are spread out instead of focused in the case where there is no asymmetric terahertz lens in the contact type time domain spectrometer shown in FIG. 2.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 접촉형 시간 도메인 분광 장치에서 사용되는 비대칭형 테라헤르츠 렌즈에 의해 테라헤르츠 발생기와 테라헤르츠 측정기가 조금씩 이동해야 하는 상황을 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a view illustrating a situation in which a terahertz generator and a terahertz measuring device must be moved little by little by the asymmetric terahertz lens used in the contact type time domain spectrometer according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 접촉형 시간 도메인 분광 장치에서 사용되는 비대칭형 테라헤르츠 렌즈의 모양을 수학적으로 기술하기 위해 좌표축과 모듈 마운트를 같이 도시한 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a coordinate axis and a module mount together to mathematically describe the shape of an asymmetric terahertz lens used in a contact time domain spectrometer according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 접촉형 시간 도메인 분광 장치에서 xyz 좌표축을 기준으로 테라헤르츠 전자기파의 이동을 도시한 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating the movement of terahertz electromagnetic waves with respect to the xyz coordinate axis in a contact type time domain spectrometer according to an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 접촉형 시간 도메인 분광 장치에서 사용 되는 비대칭형 테라헤르츠 렌즈에서의 광 거리를 도시한 도면이다.FIG. 8 is a diagram illustrating an optical distance of an asymmetric terahertz lens used in a contact time domain spectrometer according to an embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 접촉형 시간 도메인 분광 장치에서 사용되는 비대칭형 테라헤르츠 렌즈의 기하학적 모양을 3차원 그래프로 도시한 도면이다.9 is a diagram illustrating a geometrical shape of an asymmetric terahertz lens used in a contact time domain spectrometer according to an embodiment of the present invention in a three-dimensional graph.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10: 광원 15: 분광 보상 장치10: light source 15: spectroscopic compensation device

20: 빔 스플리터 30: 딜레인 라인20: beam splitter 30: delay line

40: 광섬유 50: 광섬유 런쳐40: optical fiber 50: optical fiber launcher

60: 테라헤르츠 발생기 70: 모듈 마운트60: terahertz generator 70: module mount

80: 비대칭형 테라헤르츠 렌즈 82: 샘플80: asymmetric terahertz lens 82: sample

90: 테라헤르츠 측정기90: terahertz meter

100: 접촉형 시간 도메인 분광 장치100: contact time domain spectroscopy

Claims (9)

광원에서 발생된 광펄스를 전송하는 광섬유가 가지는 군속도 분산을 보상하는 분광 보상 장치;A spectroscopic compensator for compensating group velocity dispersion of an optical fiber transmitting a light pulse generated from a light source; 상기 분광 보상 장치를 거쳐 전송된 상기 광펄스를 이용하여 테라헤르츠 전자기파를 발생하는 테라헤르츠 발생기;A terahertz generator for generating terahertz electromagnetic waves using the optical pulse transmitted through the spectroscopic compensator; 상기 발생된 테라헤르츠 전자기파를 측정하고자 하는 샘플에 맞추고 반사시키는 비대칭형 테라헤르츠 렌즈; 및An asymmetric terahertz lens for matching and reflecting the generated terahertz electromagnetic waves to a sample to be measured; And 상기 비대칭형 테라헤르츠 렌즈로부터 반사된 테라헤르츠 전자기파를 측정하는 테라헤르츠 측정기A terahertz meter for measuring terahertz electromagnetic waves reflected from the asymmetric terahertz lens 를 포함하는 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치.Terahertz time domain spectroscopy apparatus comprising a. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 테라헤르츠 측정기의 측정 시간을 조절하기 위해 상기 테라헤르츠 측정기로 전송되는 광펄스를 지연시키는 딜레이 라인을 더 포함하는 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치.The terahertz time domain spectrometer further comprises a delay line for delaying the optical pulse transmitted to the terahertz meter to adjust the measurement time of the terahertz meter. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분광 보상 장치에 의해 보상된 광펄스를 나누어 각각 상기 테라헤르츠 발생기와 상기 테라헤르츠 측정기로 전송하는 빔 스플리터를 더 포함하고,And a beam splitter for dividing the optical pulses compensated by the spectroscopic compensation device and transmitting the divided optical pulses to the terahertz generator and the terahertz measuring device, respectively. 상기 빔 스플리터는,The beam splitter, 상기 테라헤르츠 발생기로 전송되는 광에너지가 상기 테라헤르츠 측정기로 전송되는 광에너지보다 큰 전송되도록 상기 보상된 광펄스를 나누는 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치.A terahertz time domain spectroscopy device for dividing the compensated light pulses such that the light energy transmitted to the terahertz generator is greater than the light energy transmitted to the terahertz meter. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 테라헤르츠 발생기, 상기 비대칭형 테라헤르츠 렌즈 및 상기 테라헤르츠 측정기를 고정시키는 모듈 마운트를 더 포함하는 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치.The terahertz time domain spectroscopy apparatus further comprising a module mount for fixing the terahertz generator, the asymmetric terahertz lens and the terahertz meter. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 모듈 마운트는, The module mount is, 직각 이등변 삼각형이며, 각각의 면에 테라헤르츠 발생기, 상기 비대칭형 테라헤르츠 렌즈 및 상기 테라헤르츠 측정기가 고정시키는 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치.A terahertz time domain spectroscopy device that is a right isosceles triangle and is fixed by a terahertz generator, the asymmetric terahertz lens, and the terahertz meter on each side thereof. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 모듈 마운트는,The module mount is, 상기 비대칭형 테라헤르츠 렌즈의 중심에 맞도록 상기 직각 이등변 삼각형에서 상기 테라헤르츠 발생기 및 상기 테라헤르츠 측정기를 직각 쪽으로 이동시키는 위치에 고정시키는 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치.And a terahertz time domain spectroscopy device configured to fix the terahertz generator and the terahertz meter to a position perpendicular to each other in the orthogonal isosceles triangle so as to fit the center of the asymmetric terahertz lens. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 비대칭형 테라헤르츠 렌즈의 중심은,The center of the asymmetric terahertz lens, 상기 모듈 마운트의 직각 이등변 삼각형 모양에서 대각선에 평행한 대각선면을 xy 평면으로 잡고, 상기 직각 이등변 삼각형에 평행한 방향을 x축으로 정하고, 상기 직각 이등변 삼각형에 수직인 방향을 y축으로 정하여 상기 xy평면의 중심이 되는 테라헤르츠 시간 도메인 분광 장치.In the right angled isosceles triangle shape of the module mount, the diagonal plane parallel to the diagonal is taken as the xy plane, the direction parallel to the right angled isosceles triangle is defined as the x-axis, and the direction perpendicular to the right angled isosceles triangle is defined as the y axis, the xy Terahertz time domain spectroscopy centered on a plane.
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