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테라헤르츠파란?

테라헤르츠파는 약 100GHz에서 10THz의 주파수를 지닌 전자파로, 밀리파와 원적외선 사이에 위치합니다. 파장은 약 3mm~0.03mm의 범위입니다. 테라헤르츠파는 물질을 통과시키기 쉽고, 직진성이 높다는 특징이 있으며, X선과 같이 생체 조직에 손상을 입히지 않기 때문에 안전합니다. 따라서, 비파괴 검사, 성분 분석, 의료 진단, 무선 통신과 같이 다양한 용도에서의 실용화가 추진되기 시작하였습니다.
테라헤르츠파를 발진시키는 방법으로는, 주파수를 정배수로 변환하는 주파수 체배 방식, 다른 주파수의 광을 혼합하는 포토믹싱 방식, 그리고 소형화에 적합한 공명 터널 다이오드 사용 방식 등이 있습니다.
앞으로의 과제로는 발진기의 효율이나 출력의 향상, 소형화, 그리고 시스템 전체의 비용 절감이 있습니다. 이러한 과제를 해결하면, 한층 더 실용화가 가속화될 것으로 기대하고 있습니다.

테라헤르츠파의 주파수대

테라헤르츠파는 전자파 중에서 전파와 빛의 중간에 존재하는 영역을 가리킵니다. 주파수는 약 100GHz (0.1THz)에서 10THz, 파장은 약 3mm에서 0.03mm입니다.

테라헤르츠파의 주파수대

전자파 : 전기의 힘이 작용하는 「전장」과 자석의 힘이 작용하는 「자장」이 교대로 진동하면서 전달되는 파형.

주파수 (Frequency) : 전자파의 파형이 1초간 진동하는 횟수를 나타내며, 주파수가 높을수록 파형의 에너지는 커진다. 단위는 헤르츠 (Hz).

파장 (Wavelength) : 전자파 파형의 정점에서 다음 정점까지의 거리를 나타내며, 파장이 길수록 주파수가 낮아지고, 파형의 에너지는 작아진다. 단위는 미터 (m).

테라헤르츠파의 특징

테라헤르츠파의 특징과 응용에 대해 자세히 설명하겠습니다.

1. 투과성 : 유전체를 통과한다.
테라헤르츠파는 종이나 플라스틱, 세라믹, 목재, 섬유 등을 통과하기 쉽기 때문에 「내부를 확인」할 수 있습니다. 이러한 특성은 물질의 내부 구조를 파괴하지 않고 조사할 수 있기 때문에 활용이 기대되고 있습니다. 예를 들어 식품의 이물질 검사 및 건물 벽 속에 숨겨진 배선, 장해물 등을 검출하는 용도로도 이용할 수 있습니다.
※유전체 : 절연체와 비슷한 성질을 지닌, 전기를 잘 통과시키지 않는 물질.
2. 직진성 : 전파에 비해 직진성이 높다.
테라헤르츠파는 레이저 광선과 같이 높은 직진성으로, 거울을 통한 반사나 렌즈를 통한 집광 등 광학 처리가 가능합니다. 이러한 특성은 센싱이나 물체를 화상화하는 이미징 기술에 이용할 수 있습니다. 예를 들어, 재료의 결함 검출이나 의료 분야에서의 암 검출 등 실용화를 위한 연구가 추진되고 있습니다.
3. 흡수성 : 물에 잘 흡수된다.
테라헤르츠파는 물에 매우 잘 흡수됩니다. 이러한 특성은 피부나 과일 등에 포함되는 수분량을 검출하거나, 물질의 성분 분석 등에 활용할 수 있습니다. 또한, 대기중에 포함된 미량의 수분을 검출함으로써, 국소적인 강우 등 기상 정보의 예측 정밀도를 향상시킬 수 있습니다.
4. 지문 스펙트럼 : 물질을 구분할 수 있다.
물질에 따라 흡수되는 주파수는 달라집니다. 테라헤르츠파의 분광에 의한 특징적인 스펙트럼을 「지문 스펙트럼」이라고 합니다. 대부분의 생체 분자, 단백질, 고분자 재료 등은 특유의 흡수 특성을 지니며, 이러한 흡수율을 측정함으로써 대상의 물질을 특정할 수 있습니다. 금지 약물의 검출이나 그림의 감정, 물질 성분 분석 등에 대한 응용이 기대되고 있습니다.
5. 고속 통신 : 고속으로 대용량 데이터 전송이 가능하다.
테라헤르츠파 대역의 신호를 통신에 사용하는 경우, 기존의 무선 통신 시스템에 비해 대폭적인 고속 통신이 가능합니다. 그러나, 수분 (비, 습기 등)에 흡수되는 특성과, 높은 직진성으로 장해물 (건물, 인체 등)의 영향을 받기 쉽다는 특성은 통신에 있어서는 단점으로 작용합니다. 이와 같이 다양한 기술적 과제는 존재하지만, 한층 더 고속으로 대용량의 데이터 전송이 가능한 테라헤르츠파를 통한 무선 네트워크는 차세대 통신 규격으로서 실용화를 위해 연구가 추진되고 있습니다.
6. 안전성 : 물질이나 인체에 손상을 주지 않는다.
일반적으로 자외선이나 X선과 같이 에너지가 높은 전자파는 세포에 손상을 줄 가능성이 있어, 과도하게 노출되면 인체에 악영향을 미칠 우려가 있습니다. 테라헤르츠파는 가시광보다 낮은 에너지로, 인체에 대한 피폭 리스크가 없습니다. 따라서, 공항 게이트 등에서의 보안 스크리닝이나 의료 진단 등에 활용이 기대되고 있습니다.

실용화를 위해

테라헤르츠파는 우수한 특성으로, 지금까지 전파나 빛으로는 어려웠던 다양한 분야에도 활용이 기대되고 있습니다. 그러나, 실용화를 위해서는 아직 많은 과제가 남아있습니다. 이러한 과제의 해결 및 그 활용처를 한층 더 확대하기 위해, 새로운 소재 및 기술의 연구 · 개발이 추진되고 있습니다. 또한, 한층 더 편리하고 안전한 미래를 위해, 테라헤르츠파를 응용한 새로운 디바이스 및 시스템의 등장이 기대되고 있습니다.

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