대기 중 수증기의 밀도 변화에 따른 THz 펄스의 시간 이동

Abstract

이 논문은 테라헤르츠 (THz) Time domain spectroscopy를 사용하여 대기중으로 186m와 910m 전파된 THz 펄스를 측정하였다. 186m와 910m 측정에서 외부 환경의 영향을 받은 거리는 각각 159m, 883m이며 거리가 늘어날수록 대기에 반응하는 시간이 길어지기 때문에 수분에 의한 흡수가 많이 일어나며 짧은 거리에서 보이지 않는 수분 공명을 확인할 수 있다.

수증기 밀도가 증가함에 따라 측정된 THz 펄스는 시간 지연이 발생하며 186m 측정보다 910m 측정이 더 많은 시간 지연을 가진다. 또한 대기에 의한 흡수 때문에 크기가 줄어들고 군속도 확산의 영향으로 펄스 모양이 넓게 퍼진다. 보다 정확한 측정을 위하여 주파수영역 위상 변이, 시간영역에서 시간지연을 통해 Time shift를 비교하였다.

대기 환경의 변화를 대기 굴절률의 변화로 해석하여 Smith & Weintraub의 굴절률 공식으로 대기의 굴절률을 구하였다. 계산한 굴절률을 이용하여 THz 펄스의 시간이동을 예측할 수 있고 측정 데이터와 비교하였다.

이러한 Water Vapor Density(WVD)에 따른 장거리 THz 연구는 대기에서의 THz 통신과 위험 가스 모니터링과 같은 응용분야에 사용될 가능성이 있다.