Modern imaging technologies utilizing electromagnetic waves are indispensable in our daily lives. Applications, such as television and smartphone screens, radar imaging for weather forecast, and medical imaging, can be attributed to technology developments in various electromagnetic regions. Terahertz (THz) waves, electromagnetic (EM) waves located between far infrared and microwave regions, had left unexplored EM waves. Recent advances in technology have led to various two-dimensional and three-dimensional THz imaging techniques. In this article, we explain THz imaging techniques as well as the experimental results from our laboratory. Additionally, we introduce commercial THz cameras developed worldwide. Finally, we present the applications of THz imaging techniques.
쾰른 국제 사진 영상 전시회 photokina(포토키나)가 큰 변화를 시도한다. 2년 주기로 개최되던 photokina는 2018년부터 매년 개최될 예정이며, 2019년부터는 개최 시기가 9월에서 5월로 변경된다. 개최 주기, 개최 시기, 개최 기간, 전시 테마 등 전방위적 변화를 예고하고 있는 photokina는 이미징 세계의 무한한 미래를 리딩할 전시회로 또 한 번 자리매김할 준비를 시작한다. photokina 크리스토프 멘케 이사는 전시회의 대폭적인 변화를 앞두고 진행한 인터뷰에서 앞으로 시도할 변화에 대한 큰 기대감을 보였다. 크리스토프 멘케 이사와의 인터뷰를 통해 photokina의 변화 이유와 사진 영상 기술 개발 트렌드를 알아보고 이미징 세계의 미래를 예측해보자.
이미징 기술은 매질 자체의 구조특성 뿐만 아니라 유체의 유동특성을 분석하기 위해 공극규모, 코어규모, 그리고 중급규모에서 다양하게 활용되고 있다. 본 기술보고에서는 코어규모에서 유동실험과 이미징기술을 연계하여 균질매질, 균열매질, 그리고 불균질매질에서의 이산화탄소($CO_2$) 유동 특성과 함께 $CO_2$ 주입시 주입관정 주변에서 발생할 수 있는 염침전 현상, 균질매질과 균열매질에서의 모세관압 평가, 그리고 $CO_2$ 주입이 완료된 이후 나타나는 포획메커니즘 평가 등에 대해 살펴보았다. 이미징기술을 통해 코어내에서 시간에 따른 $CO_2$ 플룸을 이미지화 함으로써 유동특성을 분석할 수 있으며, 특히 균열이 포함된 매질과 불균질한 매질에서의 유동 및 저장특성을 평가할 수 있다.
생체 시료인 세포나 조직을 분석을 위해 임의로 파괴하거나 훼손하지 않은 본래의 상태에서 세포에 존재하는 다양한 생체분자 물질의 질량과 조성을 분석하고 영상화할 수 있는 대기압 표면 질량분석 이미징 기술을 개발했다. 생체 시료의 표면을 질량 분석을 하기 위해서는 대기압 분위기에서 시료에 열적 손상이 없는 조건으로 시편의 이온화 및 탈착 과정이 이루어지게 하기 위해 저온 대기압 탈착/이온화원으로 저온대기압 플라즈마 젯과 펨토초 적외선 레이저를 결합하여 대기압 이온화원을 제작하였다. 기존에 잘 알려진 저온 대기압 플라즈마 젯 소자는 유리관에 방전기체를 흘려주고 전극에 고전압을 인가하는 방식으로 제작했으며, 또 다른 대기압 이온화원으로서 근적외선 대역의 고출력 펨토초 레이저 빔을 현미경용 대물렌즈로 집속하여 생체시료에 조사시켰다. 수백 나노미터에서 수 마이크로미터 수준으로 빔을 집속할 수 있는 펨토초 레이저는 금나노로드의 도움으로 생체 시료를 매우 작은 수준으로 탈착하는 데 주로 사용하며, 수십 마이크로미터에서 수 밀리미터 정도의 크기를 가지는 저온 대기압 플라즈마 젯은 탈착된 물질을 이온화시키는데 사용하여, 이 두 가지 이온화원을 결합하여 이온화원으로 사용한다. 시료에서 발생한 이온을 질량분석기 입구까지 잘 끌고 갈 수 있도록 이온 전달관을 설계하고 보조펌프를 장착 사용한다. 이렇게 자체 개발한 대기압 이온화원을 상용 질량분석기기와 결합하여 대기압 분위기에서 시료의 표면을 질량분석할 수 있는 시스템과 측정 기술을 개발했다. 현미경 스테이지에 정밀 2-D 자동 스캐닝 스테이지를 장착하여 질량분석 정보에 공간 정보를 더할 수 있는 질량분석 이미징 기술 방법을 개발하여 생체 시편의 질량분석 이미징을 얻었다. 수분을 포함하는 생채시료로부터 단백질, 지질, 대사물질을 직접 분리하여 분석하는 이 새로운 질량분석법은 기존의 분석법에 비해 훨씬 더 많은 생체분자 정보를 얻을 수 있으며 공간정보를 더해 영상화할 수 있는 큰 장점이 있다. 대기압 표면 질량분석 기술은 생체시료를 파괴해서 용액화할 필요도 없으며, 진공 챔버에 넣기 위해 필요한 복잡한 전처리 과정 단계를 간략화 할 수 있으며 최종적으로는 살아있는 세포나 생체 조직도 정량 분석이 가능하여 생명과학 및 의료진단 분야에서 응용할 수 있는 분야는 무궁무진할 것이다.
본 논문에서는 고주파 이미징 시스템에 사용되는 D-band 이미징 검출기(imaging detector)를 65-nm CMOS 공정을 이용하여 설계 및 제작한 결과를 보인다. 검출기 회로 구조는 resistive self-mixing 원리에 기초를 두고 있다. 제작된 검출기는 145 GHz에서 400 V/W의 최대 반응도(responsivity)와 100 $pW/Hz^{1/2}$의 최소 NEP(Noise Equivalent Power)를 보였다. 제작된 회로의 크기는 측정용 패드와 밸룬을 포함하여 $400{\mu}m{\times}450{\mu}m$이며, 중심 회로의 크기는 $150{\mu}m{\times}100{\mu}m$이다.
빛의 양자역학적 성질인 얽힘(entanglement)을 이용한 양자 고스트 이미징(quantum ghost imaging)은 고전적인 동시계수 측정(classical coincidence measurement)에 의해서도 정성적으로 재현됨이 알려져 있다[1,2]. 본 실험에서는 진행방향에서 고전적인 상관관계를 가지는 빛을 이용하여 고전 동시계수 이미징(classical coincidence imaging) 실험을 수행하여 양자역학적 얽힘 상태에서 볼 수 있는 현상들을 관측하고 고스트 이미지가 나오는 원리를 분석하였다. 고전적인 상관관계를 가지는 광원은 아르곤이온 레이저에서 나오는 빛의 경로를 스피커에 부착되어 회전하는 거울에 반사시켜 진행방향에 대해 상관관계를 가지도록 만들어 사용하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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