Journal of electromagnetic engineering and science
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제11권1호
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pp.42-50
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2011
One of the important applications of THz time-domain spectroscopy (TDS) is the detection of explosive materials through identification of vibrational fingerprint spectra. Most recent THz spectroscopic measurements have been made using pellet samples, where disorder effects contribute to line broadening, which results in the merging of individual resonances into relatively broad absorption features. To address this issue, we used the technique of parallel plate waveguide (PPWG) THz-TDS to achieve sensitive characterization of three explosive materials: TNT, RDX, and HMX. The measurement method for PPWG THz-TDS used well-established ultrafast optoelectronic techniques to generate and detect sub-picosecond THz pulses. All materials were characterized as powder layers in 112 ${\mu}m$ gaps in metal PPWG. To illustrate the PPWG THz-TDS method, we described our measurement by comparing the vibrational spectra of the materials, TNT, RDX, and HMX, applied as thin powder layers to a PPWG, or in conventional sample cell form, where all materials were placed in Teflon sample cells. The thin layer mass was estimated to be about 700 ${\mu}g$, whereas the mass in the sample cell was ~100 mg. In a laboratory environment, the absorption coefficient of an explosive material is essentially based on the mass of the material, which is given as: ${\alpha}({\omega})=[ln(I_R({\omega})/I_S({\omega}))]m$. In this paper, we show spectra of 3 different explosives from 0.2 to 2.4 THz measured using the PPWG THz-TDS.
본 논문에서는 온도 변화에 따라 절연체-금속 상전이 특성을 보이는 이산화바나듐($VO_2$)과 메타물질을 이용하여 전기적으로 제어 가능한 테라헤르츠 변조기를 제시하였다. 변조기 기능을 하는 메타물질 구조가 $VO_2$의 도전율 변화에 영향을 주는 열을 전기적으로 조절할 수 있는 히터의 역할도 동시에 할 수 있는 정사각고리 구조의 메타물질을 설계하였다. 설계한 $VO_2$기반 메타물질 변조기의 전파 투과량은 정사각고리 메타물질에 직접 연결된 전압 인가용 도선을 통한 인가 전압 변화로 조절이 가능하다. $VO_2$의 도전율 변화에 따라 전파 투과계수는 470 GHz 에서 0.27에서 0.80으로 안정적으로 조절되었고, 13% 주파수 대역폭에서 투과계수 변화폭이 일정하게 유지되었다.
Terahertz (THz) generation by periodically-poled $KTiOPO_4$ (PPKTP) with a quasi-phase-matching scheme based on cascaded difference frequency generation (DFG) processes is theoretically analyzed. The cascaded Stokes interaction processes and the cascaded anti-Stokes interaction processes are investigated from coupled wave equations. THz intensities and quantum conversion efficiency are calculated. Compared with non-cascaded DFG processes, THz intensities from 10-order cascaded DFG processes are increased to 5.53. The quantum conversion efficiency of 479.4% in cascaded processes, which exceeds the Manley-Rowe limit, can be realized.
본 논문에서는 광혼합 방식으로 서브 밀리미터 및 테라헤츠 대역 연속파 신호를 발생시키는 기법 중 가장 널리 사용되는 광반송파가 억제된 양측 대역 발생 방식(Double Sideband-Suppressed Carrier: DSB-SC)을 이용하여 발생된 연속파(Continuous Wave: CW) 신호의 위상 잡음 개선을 위하여 광신호의 편광과 위상 제어 기법을 제안하고 실험적으로 증명하였다. 광신호의 편광 및 위상 제어 기법은 일반적인 DSB-SC 신호와 DSB-SC 신호에 포함된 광반송파와 동일한 파장과 위상차를 가지며, 광반송파의 편광 성분 중 하나의 편광 성분만을 갖도록 편광제어된 광신호를 결합하여 광혼합하는 방법이다. 실험 및 측정 결과, 서브 밀리미터파 대역 CW 신호의 크기는 1.5 dB 증가하였으며, 위상 잡음 특성은 약 3 dB@10 kHz offset frequency 개선됨을 확인하였다. 따라서 본 논문의 결과는 광신호의 위상 및 편광 성분 제어만으로 광반송파를 효과적으로 억제하여 서브 밀리미터 및 테라헤르츠 대역 CW 신호의 특성을 개선함으로써 광혼합 방법을 이용한 밀리미터파 및 테라헤르츠파 대역 CW 신호 발생기의 저가화를 위한 기본적인 데이터로서 활용 가치가 높다.
중수($D_2O$, 산화중수소)는 수소원자(H)보다 중성자 한 개가 더 많은 수소원자 동위원소(D)로 이루어진 물이다. 중수는 자연 상태의 물 가운데 5만분의 1정도 존재하며 경수($H_2O$)와 매우 비슷한 성질을 가지고 있으나 경수보다 11%정도 무겁고, 특이점은 235 K로 228 K인 경수와 약간의 차이를 가진다. 중수는 중성자를 흡수하여 원자로의 중성자 감속재로 쓰이고 최근 중수 농도에 따라 세포에 미치는 독성효과가 다르게 나타나는 현상이 발견 되어 암 치료에 사용하려는 연구가 진행되고 있다. 우리는 테라헤르츠 시간축 분광학을 이용하여 경수와 중수 혼합물의 농도별 굴절률과 흡수율 변화를 거대 분자간 결합에너지 영역을 포함하는 테라헤르츠 영역 ($0{\sim}2.5\;THz$)에서 측정하여 중수의 비율이 높을수록 굴절률은 감소하고 흡수율 또한 감소하는 결과를 얻었다.
In this paper, we present a photonic approach for generating highly stable coherent sub-terahertz (THz) signals for wireless communications. As proof-of-concept we transmit data at 100 GHz carrier frequency using on-off keying modulation and heterodyne detection. The sub-THz carrier signals are generated by photo-mixing two optical carrier signals at different frequencies, extracted from an optical frequency comb. We introduce a novel system to stabilize the phase of the optical carrier signals. Error-free transmission is successfully achieved up to a bit rate of 8.5 Gbit/s at 100 GHz.
Terahertz (THz) wave generation from bulk and periodically poled $LiTaO_3$ (PPLT) with a Cherenkov phase matching scheme is numerically investigated. It is shown that by using the crystal birefringence of bulk $LiTaO_3$ and a grating vector of PPLT, THz waves can be efficiently generated by difference frequency generation (DFG) with a Cherenkov phase matching scheme. The frequency tuning characteristics of the THz wave via varying wavelength of difference frequency waves, phase matching angle, poling period of PPLT and working temperature are theoretically analyzed. The parametric gain coefficient in the low-loss limit and the absorption coefficient of the THz wave during the DFG process in the vicinity of polariton resonances are numerically analyzed. A THz wave can be efficiently generated by utilizing the giant second order nonlinearities of $LiTaO_3$ in the vicinity of polariton resonances.
Terahertz (THz) wave generation by periodically poled $BaTiO_3$ (PPBT) with a quasi-phase-matching (QPM) scheme based on cascaded difference-frequency generation (DFG) is theoretically analyzed. The cascaded DFG processes comprise cascaded Stokes and anti-Stokes processes. The calculated results indicate that the cascaded Stokes processes are stronger than the cascaded anti-Stokes processes. Compared to a noncascaded Stokes process, THz intensities from $20^{th}$-order cascaded Stokes processes increase by a factor of 30. THz waves with a maximum intensity of $0.37MW/mm^2$ can be generated by $20^{th}$-order cascaded DFG processes when the optical intensity is $10MW/mm^2$, corresponding to a quantum conversion efficiency of 1033%. The high quantum conversion efficiency of 1033% exceeds the Manley-Rowe limit, which indicates that PPBT is an excellent crystal for THz wave generation via cascaded DFG.
Stimulated polariton scattering from the $B_1$-symmetry modes of a $KNbO_3$ crystal to generate a terahertz wave (THz-wave) with a noncollinear phase-matching scheme is investigated. The frequency-tuning characteristics of the THz-wave by varying the phase-matching angle and pump wavelength are analyzed. The expression for the effective parametric gain length under the noncollinear phase-matching condition is deduced. Parametric gain and absorption characteristics of the THz-wave in $KNbO_3$ are theoretically simulated. The characteristics of $KNbO_3$ for a terahertz parametric oscillator (TPO) are compared to those of $MgO:LiNbO_3$. The analysis indicates that $KNbO_3$ is an excellent optical crystal for a TPO, to enhance the THz-wave output.
The results of the experimental and theoretical studies conducted on terahertz filtering using two parallel-plate waveguides (PPWGs) are presented herein. The first PPWG with 355 ${\mu}m$ plate separation generates 4 THz bandwidth TM modes ($TM_0,\;TM_2,\;and\;TM_4$), whereas the second PPWG with 100 ${\mu}m$ plate separation operated the THz filter for the generated TM modes with 1.5 THz cutoff frequency. The outgoing THz wave of the two PPWGs was truncated until 1.5 THz, and the system was operated using a high-pass THz filter. The absorption and dispersion of the combined TM and TE modes for the filtering system were calculated. The theoretical calculation and measurement results for the cutoff and oscillation frequency in the spectrum domain agreed well.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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