KR20130140327A - Terahertz waves polarizer using extraordinary optical transmission and fabrication method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 테라헤르츠 파를 편광시키는 테라헤르츠 파용 편광자에 관한 것으로서, 더욱, 상세하게는 이상광투과현상(Extraordinary optical transmission, EOT)를 이용한 테라헤르츠 파 편광자에 관한 것이다. The present invention relates to a terahertz wave polarizer for polarizing terahertz waves, and more particularly, to a terahertz wave polarizer using extraordinary optical transmission (EOT).
테라헤르츠 파는 적외선과 마이크로파의 중간영역에 해당하는 전자기파로서, 일반적으로 100㎓에서 30㎔ 범위의 주파수를 가진다. 테라헤르츠 파는 천문학 및 분석과학 분야에서 오래전부터 연구되어 왔다.The terahertz wave is an electromagnetic wave corresponding to an intermediate region between infrared and microwave, and generally has a frequency in the range of 100 kHz to 30 kHz. The terahertz wave has long been studied in astronomy and analytical science.
최근에는 광자공학과 나노기술의 발전에 힘입어 더욱 많은 분야에 적용되고 있으며, 융합을 위한 테라헤르츠 기술의 연구가 이루어지고 있다. 그 분야에는 대표적으로 정보통신 기술(ICT)을 비롯한 생명 및 의학, 비파괴 평가, 보안 감시, 식품과 농산물의 품질관리, 지구환경 모니터링 및 초고속 컴퓨팅 기술 등이 속한다.Recently, thanks to the development of photonic engineering and nanotechnology, it is being applied to more fields, and the research of terahertz technology for fusion is being conducted. Typical sectors include information and communication technology (ICT), including life and medicine, nondestructive evaluation, security surveillance, food and agricultural quality control, global environmental monitoring and high-speed computing technology.
테라헤르츠 연구 분야는 그동안의 혁신적인 기술 발전에 힘입어 미래기술로서의 중심적인 위치에 서게 되었으며, 이러한 역할을 주도한 관련 핵심기술에는 테라헤르츠 시간 영역 분광(Terahertz-Time Domain Spectroscopy), 테라헤르츠 영상(㎔ imaging), 그리고 비선형 현상을 이용한 고출력 테라헤르츠 발생 등을 들 수 있다.The field of terahertz research has been at the center of future technology thanks to the development of innovative technology, and related core technologies that have led this role include terahertz time domain spectroscopy and terahertz imaging. And high power terahertz generation using nonlinear phenomena.
이러한 기술들을 여러 가지 다양한 분야의 소재들을 분석하거나 통신용 수단으로 적용함으로써, 종래의 기술과 다른 고유한 특성을 가진 새로운 기능을 수행할 수 있다. By analyzing these various materials or applying them as a means for communication, it is possible to perform new functions having unique characteristics different from those of the prior art.
이러한 핵심기술을 구현하기 위해서는 테라헤르츠 파를 제어하기 위한 다양한 수동 소자가 요구되며, 그 중에서도 편광자는 편광 방향에 따라 테라헤르츠 파를 선택적으로 분류하는 중요한 소자이다.In order to implement such core technology, various passive devices for controlling terahertz waves are required, and polarizers are an important device for selectively classifying terahertz waves according to polarization directions.
편광자의 특성을 평가하는 요소로는 투과도, TE 모드(transverse electric mode,
예를 들어, 금속 선격자를 이용하는 방법과 탄소 나노 튜브를 일정한 방향으로 배치하는 방법 등에 대한 연구가 진행되고 있다. 그러나 종래의 편광자는 재질이나 구조에 의한 손실 때문에 투과도가 떨어진다는 단점이 있다.For example, researches on using metal grids and arranging carbon nanotubes in a certain direction have been conducted. However, the conventional polarizer has a disadvantage in that the transmittance is poor due to loss due to material or structure.
본 발명에서는 상기의 특성을 모두 만족하면서도 테라헤르츠 파에 대해 높은 투과도를 갖기 위한 방법으로 이상광투과현상(EOT)을 이용한 테라헤르츠 파 편광자를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a terahertz wave polarizer using an abnormal light transmission phenomenon (EOT) as a method for satisfying all the above characteristics and having a high transmittance with respect to terahertz waves.
이상과투과현상은 얇은 금속판에 파장보다 작은 크기의 구멍을 격자 형태로 배열했을 때, 큰 투과율을 보이는 현상을 의미한다. The abnormal permeation phenomenon refers to a phenomenon in which a large transmittance is shown when a hole having a size smaller than the wavelength is arranged in a lattice form on a thin metal plate.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이상광투과현상을 이용한 테라헤르츠 파 편광자는 폴리머 기판과, 상기 폴리머 기판에 매립되며, 파의 파장보다 작은 일정 간격으로 반복되는 복수의 라인 형태의 금속 패턴을 포함한다. The terahertz wave polarizer using the ideal light transmission phenomenon according to the present invention for achieving the above object is embedded in the polymer substrate, a plurality of line-shaped metal pattern embedded in the polymer substrate and repeated at regular intervals smaller than the wavelength of the wave Include.
상기 폴리머 기판은 폴리이미드 기판일 수 있다. The polymer substrate may be a polyimide substrate.
상술한 이상광투과현상을 이용한 테라헤르츠 파 편광자의 상기 금속 패턴은 복수의 층으로 이루어질 수 있다. The metal pattern of the terahertz wave polarizer using the above-described abnormal light transmission phenomenon may be formed of a plurality of layers.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이상광투과현상을 이용한 테라헤르츠 파 편광자의 제조방법은 폴리머 기판에 금속 층을 형성하는 단계와, 상기 금속 층을 패터닝하여, 파의 파장보다 작은 일정 간격으로 반복되는 복수의 라인 형태의 금속 패턴을 형성하는 단계와, 상기 금속 패턴이 형성된 상기 폴리머 기판 위에 폴리머 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for producing a terahertz wave polarizer using an abnormal light transmission phenomenon, the method including forming a metal layer on a polymer substrate, and patterning the metal layer at regular intervals smaller than the wavelength of the wave. The method may include forming a plurality of repeated metal patterns in the form of lines, and forming a polymer layer on the polymer substrate on which the metal patterns are formed.
본 발명에 따른 이상광투과현상을 이용한 테라헤르츠 파 편광자는 다음과 같은 효과가 있다. The terahertz wave polarizer using the abnormal light transmission phenomenon according to the present invention has the following effects.
본 발명에 따른 이상광투과현상을 이용한 테라헤르츠 파 편광자는 이상과투과현상을 이용하므로, 투과도, 소멸비 및 편광도가 향상된다. 또한, 투명하고, 유연한 폴리머 기판을 사용하므로, 유연성이 높다. Since the terahertz wave polarizer using the abnormal light transmission phenomenon according to the present invention uses the abnormal transmission phenomenon, the transmittance, the extinction ratio, and the degree of polarization are improved. Moreover, since a transparent and flexible polymer substrate is used, flexibility is high.
본 발명에 따른 이상광투과현상을 이용한 테라헤르츠 파 편광자는 테라파의 편광 방향 제어를 위한 광학 부품이나 고성능의 테라파 분광기에 적용이 가능하다.The terahertz wave polarizer using the abnormal light transmission phenomenon according to the present invention can be applied to an optical component for controlling the polarization direction of terrapa or a terrawave spectroscope of high performance.
도 1은 본 발명에 따른 이상광투과현상을 이용한 테라헤르츠 파 편광자의 일실시예의 사시도이다.
도 2는 시간영역 유한차분법(FDTD)을 이용하여 계산된, 금속 패턴의 라인의 폭에 따른 투과도를 나타낸 도면이다.
도 3은 시간영역 유한차분법(FDTD)을 이용하여 계산된, 금속 패턴의 라인의 폭에 따른 소멸비(Extinction Ratio)를 나타낸 도면이다.
도 4는 시간영역 유한차분법(FDTD)을 이용하여 계산된, 금속 패턴의 라인의 폭에 따른 편광도(Degree of Polarization)를 나타낸 도면이다.
도 5는 시간영역 유한차분법(FDTD)을 이용하여 계산된, 금속 패턴의 라인의 폭에 따른 손실(Loss)를 나타낸 도면이다.
도 6은 시간영역 유한차분법(FDTD)을 이용하여 계산된, 금속 패턴의 라인의 피치에 따른 투과 특성의 향상을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 이상광투과현상을 이용한 테라헤르츠 파 편광자의 다른 실시예의 사시도이다.
도 8은 시간영역 유한차분법(FDTD)을 이용하여 계산된, 편광자의 적층 수에 따른 소멸비의 향상을 보여주는 도면이다.
도 9 내지 11은 본 발명에 따른 이상광투과현상을 이용한 테라헤르츠 파 편광자의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.1 is a perspective view of an embodiment of a terahertz wave polarizer using an abnormal light transmission phenomenon according to the present invention.
2 is a diagram showing the transmittance according to the width of the line of the metal pattern, calculated using the time domain finite difference method (FDTD).
FIG. 3 is a diagram illustrating an extinction ratio according to the width of a line of a metal pattern calculated using a time domain finite difference method (FDTD).
4 is a diagram showing a degree of polarization according to the width of a line of a metal pattern, calculated using a time domain finite difference method (FDTD).
FIG. 5 is a graph showing loss along a line width of a metal pattern, calculated using a time domain finite difference method (FDTD).
FIG. 6 is a diagram showing an improvement in transmission characteristics according to the pitch of lines of a metal pattern calculated using a time domain finite difference method (FDTD).
7 is a perspective view of another embodiment of the terahertz wave polarizer using the abnormal light transmission phenomenon according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing an improvement in the extinction ratio according to the number of stacked polarizers calculated using a time domain finite difference method (FDTD).
9 to 11 are views for explaining a method for manufacturing a terahertz wave polarizer using the abnormal light transmission phenomenon according to the present invention.
이하, 본 발명에 따른 이상광투과현상을 이용한 테라헤르츠 파 편광자의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. Hereinafter, preferred embodiments of the terahertz wave polarizer using the abnormal light transmission phenomenon according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms.
그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. And in the drawings, the width, length, thickness, etc. of the components may be exaggerated for convenience. Like numbers refer to like elements throughout.
이하의 설명에서 어떤 층이 다른 층의 위에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 층의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다.In the following description, when a layer is described as being on top of another layer, it may be directly on top of the other layer, with a third layer intervening therebetween.
도 1은 본 발명에 따른 이상광투과현상을 이용한 테라헤르츠 파 편광자의 일실시예의 사시도이다. 도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 이상광투과현상을 이용한 테라헤르츠 파 편광자(1)는 폴리머 기판(10)과, 상기 폴리머 기판에 매립된 금속 패턴(20)을 포함한다.1 is a perspective view of an embodiment of a terahertz wave polarizer using an abnormal light transmission phenomenon according to the present invention. Referring to FIG. 1, the
폴리머 기판(10)은 투명하며, 유연성이 있는 재질인 것이 바람직하다. 예를 들어, 유연하면서도 투과도가 높은 폴리이미드 기판을 폴리머 기판으로 사용할 수 있다.The
폴리머 기판(10)은 금속 패턴(20)을 지지하고, 보호하는 역할을 한다. The
금속 패턴(20)은 일정한 간격으로 반복되는 복수의 라인 형태이다. 라인 사이의 간격은 입사되는 테라헤르츠 파의 파장보다 작아야 한다. 이상광투과현상은 입사되는 파의 파장에 비해서 간격이 작은 반복 패턴에서 발생하기 때문이다. The
라인 사이의 간격이 입사되는 테라헤르츠 파의 파장보다 작은 복수의 라인 형태의 금속 패턴(20)은 금속 패턴(20)과 수직 방향의 편광을 가지는 입사파만에 대해서만 높은 투과도를 갖는다. 따라서 평광자로서의 역할을 할 수 있다. The plurality of line-
도 2는 시간영역 유한차분법(FDTD)을 이용하여 계산된, 금속 패턴의 라인의 폭에 따른 투과도를 나타낸 도면이며, 도 3은 시간영역 유한차분법(FDTD)을 이용하여 계산된, 금속 패턴의 라인의 폭에 따른 소멸비(Extinction Ratio)를 나타낸 도면이다. FIG. 2 is a diagram showing transmittance according to the width of a line of a metal pattern calculated using a time domain finite difference method (FDTD), and FIG. 3 is a metal pattern calculated using a time domain finite difference method (FDTD). Extinction Ratio according to the width of the line.
도 4는 시간영역 유한차분법(FDTD)을 이용하여 계산된, 금속 패턴의 라인의 폭에 따른 편광도(Degree of Polarization)를 나타낸 도면이며, 도 5는 시간영역 유한차분법(FDTD)을 이용하여 계산된, 금속 패턴의 라인의 폭에 따른 손실(Loss)를 나타낸 도면이다. FIG. 4 is a diagram illustrating a degree of polarization according to the width of a line of a metal pattern calculated using a time domain finite difference method (FDTD), and FIG. 5 is a time domain finite difference method (FDTD). The loss (Loss) according to the width of the line of the metal pattern, which is calculated by
도 2 내지 5는 단위 길이당 금속 라인의 수를 동일하게 한 상태에서, 금속 라인의 폭에 따라서, 주파수에 따른 투과도, 소멸비 및 편광도를 나타낸다. 금속 라인의 수는 동일하므로, 금속 라인의 폭이 커지면, 금속 라인 사이의 간격이 줄어들게 된다.2 to 5 show transmittance, extinction ratio and polarization with frequency, depending on the width of the metal line, with the same number of metal lines per unit length. Since the number of metal lines is the same, the larger the width of the metal lines, the smaller the spacing between the metal lines.
도 2를 참고하면, 금속 라인의 폭이 커지고 금속 라인 사이의 간격이 줄어들수록, 고주파 영역에 대한 투과도가 감소함을 알 수 있다. 그럼에도, 본 발명에서는 이상투과현상에 의해서 1㎔ 부근에서는 모두 90% 이상의 높은 투과도를 나타낸다. Referring to FIG. 2, it can be seen that as the width of the metal line increases and the gap between the metal lines decreases, the transmittance of the high frequency region decreases. Nevertheless, in the present invention, due to the abnormal permeation phenomenon, all show high transmittance of 90% or more near 1 kHz.
도 3을 참고하면, 금속 라인의 폭이 커지고 금속 라인 사이의 간격이 줄어들수록, 고주파 영역에서의 소멸비가 향상됨을 알 수 있다. Referring to FIG. 3, it can be seen that as the width of the metal lines increases and the spacing between the metal lines decreases, the extinction ratio in the high frequency region is improved.
도 4를 참고하면, 금속 라인의 폭이 커지고 금속 라인 사이의 간격이 줄어들수록, 고주파 영역에서의 편광도가 향상됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that as the width of the metal line increases and the gap between the metal lines decreases, the degree of polarization in the high frequency region is improved.
도 5를 참고하면, 금속 라인의 폭이 커지고 금속 라인 사이의 간격이 줄어들수록, 고주파 영역에서의 손실이 줄어듦을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that as the width of the metal line increases and the spacing between the metal lines decreases, the loss in the high frequency region decreases.
도 6은 시간영역 유한차분법(FDTD)을 이용하여 계산된, 금속 패턴의 라인의 피치에 따른 투과 특성의 향상을 나타낸 도면이다. 도 6의 계산 결과는 금속 패턴의 라인의 피치가 줄어들면 금속 패턴의 라인의 폭도 같은 비율로 줄어드는 것으로 가정하고 계산한 결과이다. 도 6을 참고하면, 편광자의 금속 라인의 피치가 줄어들수록 투과도가 향상됨을 알 수 있다. FIG. 6 is a diagram showing an improvement in transmission characteristics according to the pitch of lines of a metal pattern calculated using a time domain finite difference method (FDTD). The calculation result of FIG. 6 is calculated by assuming that the width of the line of the metal pattern decreases at the same ratio as the pitch of the line of the metal pattern decreases. Referring to FIG. 6, it can be seen that the transmittance is improved as the pitch of the metal line of the polarizer is reduced.
도 7은 본 발명에 따른 이상광투과현상을 이용한 테라헤르츠 파 편광자의 다른 실시예의 사시도이다. 7 is a perspective view of another embodiment of the terahertz wave polarizer using the abnormal light transmission phenomenon according to the present invention.
도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 이상광투과현상을 이용한 테라헤르츠 파 편광자(2)는 도 1에 도시된 실시예와 달리 금속 패턴(21)이 복수의 층으로 이루어져 있다. 각각의 금속 패턴(21) 층은 도 1에 도시된 실시예와 마찬가지로 라인 사이의 간격이 입사되는 테라헤르츠 파의 파장보다 작은 복수의 라인 형태이다. Referring to FIG. 7, the
복수의 층으로 이루어진 금속 패턴(21)을 포함하는 편광자(2)는 소멸비가 향상된다는 장점이 있다. The
도 8은 시간영역 유한차분법(FDTD)을 이용하여 계산된, 금속 패턴 적층 수에 따른 소멸비의 향상을 보여주는 도면이다. 도 8에서 알 수 있듯이, 적층 수가 증가할수록 소멸비가 향상된다. 이는 적층을 통해서 테라헤르츠 파의 편광도를 매우 높일 수 있음을 의미하며, 상용 편광자가 -23㏈의 소멸비를 갖는 것에 비하면 매우 우수한 특성을 보이는 것이다. FIG. 8 is a diagram showing an improvement of an extinction ratio according to the number of metal pattern stacks calculated using a time domain finite difference method (FDTD). As can be seen in FIG. 8, the extinction ratio improves as the number of stacked layers increases. This means that the polarization degree of the terahertz wave can be greatly increased through lamination, and the polarizer shows very excellent characteristics compared to the commercially available polarizer having an extinction ratio of -23 ㏈.
이하, 본 발명에 따른 이상광투과현상을 이용한 테라헤르츠 파 편광자의 제조방법의 일실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, an embodiment of a method for producing a terahertz wave polarizer using an abnormal light transmission phenomenon according to the present invention will be described in detail.
우선, 도 9에 도시된 바와 같이, 폴리머 기판(3)을 준비한다. First, as shown in FIG. 9, the
다음, 폴리머 기판(3) 위에 금속 층을 형성한다. 금속 층은 전자빔 방식이나 스퍼터 방식 등으로 폴리머 기판(3)에 형성할 수 있다. 그리고 도 10에 도시된 바와 금속 층을 패터닝하여 금속 패턴(20)을 형성한다. 패터닝은 사진식각공정을 이용하여 진행할 수 있다. Next, a metal layer is formed on the
다음, 도 11에 도시된 바와 같이, 금속 패턴(20)이 형성된 폴리머 기판(3) 위에 폴리머 용액을 도포한 후 건조하여 금속 패턴(20)이 폴리머 내에 매립되도록 한다. 금속 패턴(20)을 보호하기 위함이다. Next, as shown in FIG. 11, the polymer solution is applied onto the
필요한 경우에는 건조된 폴리머 층 위에 다시 금속 층을 형성하여, 금속 패턴을 복수 층으로 형성할 수 있다.If necessary, a metal layer may be again formed on the dried polymer layer, thereby forming a plurality of metal patterns.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다. The embodiments described above are merely illustrative of the preferred embodiments of the present invention, the scope of the present invention is not limited to the described embodiments, those skilled in the art within the spirit and claims of the present invention It will be understood that various changes, modifications, or substitutions may be made thereto, and such embodiments are to be understood as being within the scope of the present invention.
10: 폴리머 기판 20: 금속 패턴10: polymer substrate 20: metal pattern
Claims (6)
폴리머 기판과,
상기 폴리머 기판에 매립되며, 파의 파장보다 작은 일정 간격으로 반복되는 복수의 라인 형태의 금속 패턴을 포함하는 이상광투과현상을 이용한 테라헤르츠 파 편광자.As a terahertz wave polarizer,
Polymer substrate,
A terahertz wave polarizer using an abnormal light transmission phenomenon embedded in the polymer substrate and comprising a plurality of line-shaped metal patterns repeated at regular intervals smaller than the wavelength of the wave.
상기 폴리머 기판은 폴리이미드 기판인 이상광투과현상을 이용한 테라헤르츠 파 편광자.The method of claim 1,
The polymer substrate is a terahertz wave polarizer using an abnormal light transmission phenomenon which is a polyimide substrate.
투과도가 90% 이상인 이상광투과현상을 이용한 테라헤르츠 파 편광자.The method of claim 1,
Terahertz wave polarizer using abnormal light transmission with transmittance of 90% or more.
상기 금속 패턴은 복수의 층으로 이루어진 이상광투과현상을 이용한 테라헤르츠 파 편광자The method of claim 1,
The metal pattern is a terahertz wave polarizer using an abnormal light transmission phenomenon composed of a plurality of layers
폴리머 기판에 금속 층을 형성하는 단계와,
상기 금속 층을 패터닝하여, 파의 파장보다 작은 일정 간격으로 반복되는 복수의 라인 형태의 금속 패턴을 형성하는 단계와,
상기 금속 패턴이 형성된 상기 폴리머 기판 위에 폴리머 층을 형성하는 단계를 포함하는 이상광투과현상을 이용한 테라헤르츠 파 편광자의 제조방법.As a manufacturing method of the terahertz wave polarizer,
Forming a metal layer on the polymer substrate,
Patterning the metal layer to form a plurality of line-shaped metal patterns repeated at regular intervals smaller than the wavelength of the wave;
A method of manufacturing a terahertz wave polarizer using an abnormal light transmission phenomenon comprising forming a polymer layer on the polymer substrate on which the metal pattern is formed.
상기 폴리머 기판은 폴리이미드 기판인 이상광투과현상을 이용한 테라헤르츠 파 편광자의 제조방법.The method of claim 5,
The polymer substrate is a method for producing a terahertz wave polarizer using an ideal light transmission phenomenon is a polyimide substrate.
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