(57)【要約】      （修正有）【課題】光素子集積技術を利用して単一素子の形態で形成することができるテラヘルツ連続波発生素子を提供する。【解決手段】複数のレーザー光を生成する複数のレーザー光源１００と、複数のレーザー光の相互作用を調節するためにレーザー光源１００の間に形成される吸収領域２００と、を含むが、吸収領域２００がフォトダイオードが形成された形態で具現され、フォトダイオードにはテラヘルツアンテナが集積される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレーザー光を生成する複数のレーザー光源と、
前記複数のレーザー光の相互作用を調節するために前記複数のレーザー光源の間に形成される吸収領域と、を含むが、
前記吸収領域がフォトダイオードが形成された形態で具現され、前記フォトダイオードにはアンテナが集積されることを特徴とするテラヘルツ連続波発生素子。
【請求項２】
前記吸収領域には、ビーティング光に基づいて電流を生成するフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）、及び前記フォトダイオードから発生したＲＦ信号の抽出のためのウェーブガイド（Ｗａｖｅ  Ｇｕｉｄｅ）の構造が備えられることを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ連続波発生素子。
【請求項３】
単一素子の形態で形成され、単一素子内部でビーティングされる光を利用してテラヘルツ連続波を発生させることを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ連続波発生素子。
【請求項４】
前記吸収領域は、安定したビート周波数（Ｂｅａｔ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を有する光が生成されるようにするとともに、テラヘルツ連続波発生のためのポート（Ｐｏｒｔ）として動作することを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ連続波発生素子。
【請求項５】
前記吸収領域には、ビーティング光に基づいて電流を生成するフォトダイオード、及び前記フォトダイオードが生成する電流の給電を受けてテラヘルツ波を放射するテラヘルツアンテナが備えられることを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ連続波発生素子。
【請求項６】
前記複数のレーザー光源は、互いに異なる波長のレーザー光を生成することを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ連続波発生素子。
【請求項７】
前記複数のレーザー光源は、
第１波長のレーザー光を生成する第１レーザー光源と、
第２波長のレーザー光を生成する第２レーザー光源と、
を含むことを特徴とする請求項６に記載のテラヘルツ連続波発生素子。
【請求項８】
前記第１レーザー光源または前記第２レーザー光源は、
ＤＦＢ  ＬＤ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）で具現されることを特徴とする請求項７に記載のテラヘルツ連続波発生素子。
【請求項９】
複数のレーザー光源が生成する複数のレーザー光が前記複数のレーザー光源の間に形成される吸収領域でビーティングされる段階と、
前記吸収領域に形成されたフォトダイオードがビーティング光を利用して電流を生成する段階と、
を含むことを特徴とするテラヘルツ連続波の発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ連続波発生素子に関し、より詳細には、複数のレーザー光源の間に形成される吸収領域が「高速動作が可能なフォトダイオードが形成された形態」に具現され、前記吸収領域にアンテナが集積されて単一素子の形態で製作することができるテラヘルツ連続波発生素子」に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、０.１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの周波数を有するテラヘルツ（Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ；ＴＨｚ）波は、低エネルギーであるために人体に無害であり、多くの分子らがこの帯域で固有のスペクトルを有しているなど、新たな特性のために様々な研究が進められている。
【０００３】
現在までの研究では、フェムト秒ｆｓレーザーを用いた時間領域分光（Ｔｉｍｅ−ｄｏｍａｉｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＴＤＳ）システムが主に使用されてきた。ＴＤＳシステムは、フェムト秒レーザーを利用してフォトコンドクチィブスイッチ（Ｐｈｏｔｏ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｓｗｉｔｃｈ）にキャリヤーを励起させる方式である。ここで、前記フォトコンドクチィブスイッチは、キャリヤーライフタイムが非常に短い物質で作られ、これを利用してフェムト秒級のパルス型の電流を流す役目を遂行する。したがって、このような前記フォトコンドクチィブスイッチによって集積されたアンテナにパルス型の電流が流れるようになり、これにより、広帯域のテラヘルツ波が生成され、空気中に伝播されることになる。結局、ＴＤＳシステムは、基本的にパルス型のＴＨｚ波を使用する方式である。
【０００４】
しかしながら、ｆｓ-レーザーの場合、その大きさが大きくて、かつ高価であるという短所がある。また、現場で使用される多くの応用分野の場合、システムが小さくて携帯可能であり、時間領域分光ではないＴＨｚ連続波（ＣＷ  ＴＨｚ）を利用した周波数帯域での結果を得ることができるシステムが有用である。
【０００５】
このような理由からフォトミキサー（Ｐｈｏｔｏｍｉｘｅｒ）と二つの互いに異なる波長を有するレーザーを用いるフォトミキシング（Ｐｈｏｔｏｍｉｘｉｎｇ）方法が現場応用や超小型システムの具現のために多く研究されている。
【０００６】
フォトミキシング方法は、基本的に二つの互いに異なるレーザー光が作るビーティング（Ｂｅａｔｉｎｇ）光を利用する方式である。具体的に、前記フォトミキシング方法は、二つの互いに異なる波長を有するレーザー光でテラヘルツ周波数のビーティング光を生成し、これを利用してフォトミキサーにテラヘルツ周波数の交流電流を生成し、フォトミキサーに集積されているアンテナがテラヘルツ波を放射するようにした方式である。このようなフォトミキシング方法によって発生されるテラヘルツ波の周波数は、ビーティング光の周波数と同じであり、結局二つのレーザー波長の差異と同じである。したがって、前記フォトミキシング方法を通じて二つのレーザー波長のうちいずれか一つを調節して周波数のチューニングが可能なテラヘルツ波発生器を製作することができる。
【０００７】
一方、現在商用として販売されているテラヘルツ連続波ＣＷ  ＴＨｚ発生システムの場合、二つの独立したレーザー及び独立した一つのフォトミキサーを利用して構成される。具体的には、図１のように、互いに異なる周波数を持つ二つの独立したレーザーがテラヘルツ周波数のビーティング光を生成した後、生成されたビーティング光を「独立したフォトミキサー」に入射させる形態で構成される。
【０００８】
しかしながら、このようなテラヘルツ連続波システムは、二つの独立したレーザーによって生成されたビーティング光が素子の外部へ流出された後に、独立的に形成されるフォトミキサーに入射されるので、このような過程で光の損失が発生しえるという問題があった。
【０００９】
また、このようなテラヘルツ連続波発生システムは、独立的に形成される複数の素子ら（独立した二つのレーザー、これらと独立した一つのフォトミキサーなど）を含む形態で具現されるので、構造を単純化させるのに限界があるという問題があった。したがって、このようなテラヘルツ連続波発生システムと差別化することができる新たなテラヘルツ連続波発生の技術が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】韓国公開特許第１０−２０１２−００６５８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明は、上記問題を解決するために案出されたもので、その目的は光素子集積技術を利用して単一素子の形態で形成することができるテラヘルツ連続波発生素子を提供することである。さらに、本発明が解決しようとする技術的課題は、前述した技術的課題に制限されず、以下で説明する内容から通常の当業者にとって自明な範囲内で多様な技術的課題が含まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記のような課題を解決するための本発明の一実施例によるテラヘルツ連続波発生素子は、複数のレーザー光を生成する複数のレーザー光源と、前記複数のレーザー光の相互作用を調節するために前記複数のレーザー光源の間に形成される吸収領域と、を含み、前記吸収領域がフォトダイオードが形成された形態で具現されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の一実施例によるテラヘルツ連続波発生素子は、単一素子の形態で形成され、素子内部でビーティングされる光を利用してテラヘルツ連続波を発生させることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の一実施例によるテラヘルツ連続波発生素子は、前記吸収領域が安定したビート周波数Ｂｅａｔ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙを有する光が生成されるようにするとともに、テラヘルツ連続波発生のためのポートとして動作することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の一実施例によるテラヘルツ連続波発生素子は、前記吸収領域上にビーティング光に基づいて電流を生成するフォトダイオード、及び互いに向かい合う形態で形成され、テラヘルツ波を放射する複数のテラヘルツアンテナが構成されることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の一実施例によるテラヘルツ連続波発生素子は、前記複数のレーザー光源が互いに異なる波長のレーザー光を構成することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の一実施例によるテラヘルツ連続波発生素子は、前記複数のレーザー光源が第１波長のレーザー光を生成する第１レーザー光源、及び第２波長のレーザー光を生成する第２レーザー光源を含むことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の一実施例によるテラヘルツ連続波発生素子は、前記第１レーザー光源または前記第２レーザー光源がＤＦＢ−ＬＤ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）で具現されることを特徴とする。
【００１９】
一方、上記のような課題を解決するための本発明の一実施例によるテラヘルツ連続波の発生方法は、複数のレーザー光源が生成する複数のレーザー光が前記複数のレーザー光源の間に形成される吸収領域でビーティングされる段階と、前記吸収領域に形成されたフォトダイオードがビーティング光を利用して電流を生成する段階と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、「単一素子」形態のテラヘルツ連続波発生素子を具現することができる。従来、単一基板に集積された形態のテラヘルツ連続波の発生システムが具現されたものの、これは、複数のレーザー光源及びフォトミキサーをそれぞれ独立して構成された後に、一つの基板に集積したものであり、単一素子の形態ではなく、複数の素子を小さな形態で集積したものに過ぎなかった。
【００２１】
即ち、物理的に一つの素子を形成するのではなく、システムを小さく形成しようとする努力としてみなければならない。これに対し、本発明は、複数のレーザー光源セクション及びフォトミキサーセクションを統合し、物理的に単一化された形態のテラヘルツ連続波発生素子を具現することができる。したがって、システムの構造を顕著に単純化することができ、テラヘルツ連続波を現実的に活用できるようにする基本単位の素子を具現することができる。
【００２２】
さらに、本発明は、従来に比べてより安定化され、より大きな強度のビーティング光に基づいてテラヘルツ連続波を発生させることができる。具体的に、本発明は、「ビーティング光を外部へ流出した後に独立したフォトミキサー素子に入射させる過程」が必要な従来のシステムとは異なり、単一素子の内部で生成されるビーティング光を外部へ流出させることなく直ちに活用するので、より安定化されてより大きな強度のビーティング光を利用してテラヘルツ連続波を発生させることができる。
【００２３】
したがって、本発明は、従来のように光の損失が発生せず、内部のビーティング光が外部の条件から安定した特性を維持しつつ、追加の安定化部品（熱安定、電流安定）がなくても安定したテラヘルツ連続波の発生特性を具現することができる。一方、本発明の効果は、前述した効果に限定されず、以下において説明する内容から通常の当業者にとって自明な範囲内で多様な効果が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来のテラヘルツ連続波発生システムを示す例示図である。
【図２】本発明の一実施例によるテラヘルツ連続波発生素子の概略的な構成を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施例によるテラヘルツ連続波発生素子の概略的な構成を示す平面図である。
【図４】吸収領域がある場合とない場合の内部光強度の分布度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付された図面を参照して本発明による「テラヘルツ連続波発生素子及びその方法」について詳細に説明する。ここで説明する実施例は、本発明の技術思想を当業者が容易に理解できるように提供されるものであり、これにより本発明が限定されるものではない。また、添付された図面に表現された事項は、本発明の実施例を簡単に説明するために図式化された図面に実際に具現される形態と異なる場合がある。
【００２６】
一方、以下で表現される各構成部は、本発明を具現するための一例にすぎない。したがって、本発明の他の具現では、本発明の思想及び範囲を逸脱しない範囲で、他の構成部が使用されうる。
【００２７】
また、ある構成要素を「含む」という表現は、開放型表現として、その構成要素が存在することを単に指すだけで、追加の構成要素を排除するものと理解されてはならない。
【００２８】
また、「第１、第２」などのような表現は、複数の構成を区別するための目的でのみ使用された表現であり、構成等の間の順序やその他の機能等を限定しない。
【００２９】
以下、本発明の一実施例によるテラヘルツ連続波発生素子の概要を調べてみる。本発明の一実施例によるテラヘルツ連続波発生素子は、従来技術とは異なり、物理的に単一化された「単一素子」の形態で具現されることを特徴とする。具体的に、本発明は、テラヘルツ連続波を発生させるための「複数のレーザー光源」及び「フォトミキサー」等が独立した素子の形態で具現されず、単一化された一つの素子で具現されることを特徴とする。
【００３０】
このため、本発明の一実施例によるテラヘルツ連続波発生素子は、複数のレーザー光源の相互作用を制御（位相調節あるいは光吸収調節）するために、前記複数のレーザー光源の間に形成される吸収領域を「高速動作が可能なフォトダイオードが形成された形態」で具現し、前記吸収領域に「前記フォトダイオードが生成する電流が伝達されるテラヘルツアンテナ」をともに集積する。すなわち、本発明の一実施例によるテラヘルツ連続波発生素子は、複数のレーザー光源の間に形成される吸収領域とフォトミキサーを一体の形態で形成する。従って、従来のように複数のレーザー光源の間の吸収領域でビーティングされた光が外部へ流出した後に、独立したフォトミキサーに入射される過程が不要であり、単一素子の内部で生成されるビーティング光を外部流出なしに直ちに活用してテラヘルツ連続波を生成することができる。
【００３１】
以下、図２〜図４を参照して本発明の一実施例によるテラヘルツ連続波発生素子について説明する。以下では、本発明の特徴に関する構成を中心として説明し、通常の構成及び動作に関する説明は省略する。したがって、以下説明する本発明の一実施例によるテラヘルツ発生素子は、記載された構成のみを含むものではなく、明示的な記載がなくても通常の当業者にとって自明な範囲内で多様な追加の構成や詳細構成を含むことができる。
【００３２】
図２及び図３を参照すると、本発明の一実施例によるテラヘルツ連続波発生素子は、複数のレーザー光を生成する複数のレーザー光源１００、前記複数のレーザー光の相互作用を調節するために前記複数のレーザー光源の間に形成され、フォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ；ＰＤ）及びテラヘルツアンテナが形成された形態で形成される吸収領域２００を含むことができる。
【００３３】
前記複数のレーザー光源１００は、テラヘルツ周波数のビーティング光を生成するための複数のレーザー光を生成する構成である。このような前記複数のレーザー光源１００は、好ましくは互いに異なる波長の複数のレーザー光を生成することができ、前記複数のレーザー光に基づいてテラヘルツ周波数のビーティング光が生成されうるようにする。
【００３４】
例えば、前記複数のレーザー光源１００は、二重モード発振のために、第１波長のレーザー光を生成する第１レーザー光源１１０及び第２波長のレーザー光を生成する第２レーザー光源１２０を含む形態で構成することができる。このような前記第１レーザー光源１１０及び第２レーザー光源１２０が生成するレーザー光は、互いにビーティングされてテラヘルツ周波数のビーティング信号を生成するようになるが、この場合、「前記第１レーザー光源１１０、前記レーザー光源１２０及び前記吸収領域２００が単一素子の形態で形成」されるので、全体として安定した共振器を構成するようになり、これによって安定したテラヘルツビーティング光が確保されることになる。
【００３５】
図４の（ｂ）は、前記第１レーザー光源１１０、前記第２レーザー光源１２０及び前記吸収領域２００が図２及び図３のように、単一素子の形態で形成される場合、素子内部で生成されるビーティング光を示す。図４の（ｂ）から分かるように、前記第１レーザー光源１１０及び前記第２レーザー光源１２０がそれぞれ安定した単一モードで動作し、出力が互いに反対の場合にも単一素子全体として安定した共振器が形成されて安定したビーティング光が生成されることを確認することができる。（参考として、図４の（ａ）は、吸収領域２００がない場合の内部の光分布を示す。吸収領域の不在により、不安定なビーティング光が形成されることを確認することができる）。
【００３６】
一方、前記複数のレーザー光源１００は、多様なレーザー光源で形成されうるが、好ましくはＤＦＢ−ＬＤ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ；分布帰還型レーザー）で具現することができる。この場合、各レーザー光源は基板上に形成される回折格子、導波路（Ｗａｖｅ  Ｇｕｉｄｅ）層などを含む形態で構成することができる。 
【００３７】
前記吸収領域２００は、前記複数のレーザー光源の間に形成される領域であり、前記複数のレーザー光の相互作用を調節（位相調節あるいは光吸収調節）し、これと同時に、前記複数のレーザー光が生成するビーティング光に基づいてテラヘルツ連続波を発生されるようにする構成である。
【００３８】
このような前記吸収領域２００は、基板上に形成される導波路（ＷＧ；Ｗａｖｅ  Ｇｕｉｄｅ）層などを含むことができ、前記複数のレーザー光源から生成される光の位相を調節したり、光の吸収を調節することができる。したがって、このような動作を通じて前記複数のレーザー光が安定したビーティング光を生成できるようにする。
【００３９】
また、前記吸収領域２００は、テラヘルツ周波数の安定したビーティング光を吸収し、吸収されたビーティング光と同一周期の電流を生成するフォトダイオード２１０、及び前記フォトダイオードが生成する電流に基づいてテラヘルツ連続波を放射するテラヘルツアンテナ２００をさらに含むことができ、このような構成を利用して領域内で安定したビーティング光を生成するとともに、生成されたビーティング光を利用してテラヘルツ連続波を発生させることができる。
【００４０】
図２及び図３に図示していないが、一実施例において、前記吸収領域２００は前記テラヘルツアンテナ２２０の代わりに前記フォトダイオードから発生するＲＦ信号抽出のためのウェーブガイドの構造を含むように構成することもできる。
【００４１】
結局、前記吸収領域２００は安定したビート周波数（Ｂｅａｔ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を有する光が生成されるようにすると同時に、テラヘルツ連続波発生のためのポート（Ｐｏｒｔ）としての役目も果たしている。すなわち、前記吸収領域２００は領域の内部で安定したビーティング信号を生成した後に、従来のように生成されたビーティング信号を外部へ流出せず、一体化されたフォトダイオードを利用してテラヘルツ連続波発生のためのポートの役目を直接行う。
【００４２】
一方、前記吸収領域に形成される前記フォトダイオード２１０は、非常に速い応答速度を具現できるような形態で形成されることが好ましい。具体的に、前記フォトダイオード２１０は、薄い吸収層と小さい面積を有する形態で形成され、素子のＲＦ応答速度を数百ＧＨｚ帯域まで向上させられる形態で具現されることが好ましい。また、前記フォトダイオード２１０は、数十ｍＡの大電流を生成することができる形態で具現されることが好ましく、入力光の強度が大きい場合にも飽和特性を見えない形態で形成されることが好ましい。
【００４３】
また、前記吸収領域に形成される前記テラヘルツアンテナ２２０は、前記フォトダイオード２１０とともに集積され、前記フォトダイオード２１０が生成する電流の給電を受けることができる形態で形成されることが好ましい。テラヘルツアンテナ２２０は、図３に示したように対向する二つの翼形の構造を含めて形成することができる。
【００４４】
以上説明した本発明の一実施例によるテラヘルツ連続波発生素子は、テラヘルツビーティング光を生成する複数のレーザー光源、前記テラヘルツビーティング光を安定化させる吸収領域、前記テラヘルツビーティング光を吸収して電流を生成するフォトダイオード、前記フォトダイオードが生成する電流に基づいてテラヘルツ連続波を放射するテラヘルツアンテナが単一素子の形態で（一体に）形成される。
【００４５】
したがって、本発明の一実施例によるテラヘルツ連続波発生素子は、前記複数のレーザー光源、前記フォトダイオード、前記テラヘルツアンテナが従来のように独立して動作せず、単一素子の形態で同時に動作するようにする。具体的に、本発明の一実施例によるテラヘルツ連続波発生素子は、前記複数のレーザー光源及び前記「フォトダイオードが形成された吸収領域」が安定した共振器をともに構成し、単一素子の内部で安定したテラヘルツビーティング光が生成されるようにし、生成されたテラヘルツビーティング光が（外部への流出なしに）生成されるとともに、前記フォトダイオードによって電流に変換されるようにし、生成された電流に基づいて前記テラヘルツアンテナがテラヘルツ連続波を放射するようにする。
【００４６】
以下、本発明の一実施例によるテラヘルツ連続波の発生方法について説明する。本発明の一実施例によるテラヘルツ連続波の発生方法は、まず、複数のレーザー光源が生成する複数のレーザー光が前記複数のレーザー光源の間に形成される吸収領域でビーティングされる段階（ａ段階）を含むことができる。
【００４７】
また、本発明の一実施例によるテラヘルツ連続波の発生方法は、前記（ａ）段階以後に、前記吸収領域に形成されたフォトダイオードがビーティング光を利用して電流を生成する段階（ｂ段階）を含むことができる。
【００４８】
また、本発明の一実施例によるテラヘルツ連続波の発生方法は、前記（ｂ）段階以後に、前記吸収領域に形成されたテラヘルツアンテナが前記フォトダイオードから給電される電流に基づいてテラヘルツ連続波を放射する段階（ｃ段階）を含むことができる。
【００４９】
以上説明した本発明の一実施例による「テラヘルツ連続波の発生方法」は、カテゴリは異なるが、前述した本発明の一実施例による「テラヘルツ連続波発生素子」と実質的に同一の技術的特徴を含むことができる。したがって、重複記載を避けるために詳しく説明しなかったが、前記「テラヘルツ連続波発生素子」に関連して前述した特徴は、前記「テラヘルツ連続波の発生方法」にも当然類推適用することができる。
【００５０】
上記説明した本発明の実施例は、例示の目的のために開示されており、これによって本発明が限定されるものではない。また、本発明に係る技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の思想及び範囲内で多様な修正及び変更が可能であり、このような修正及び変更は本発明の範囲に属するものとみなければならない。
【符号の説明】
【００５１】
１００  レーザー光源
１１０  第１レーザー光源
１２０  第２レーザー光源
２００  吸収領域
２１０  フォトダイオード
２２０  テラヘルツアンテナ
【図１】
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【図２】
2015070268.tif 000004
【図３】
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【図４】
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