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2023년 5월 26일

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작성자: Julie Robert, 국립과학연구소(National Institute of Scientific Research) - INRS

Roberto Morandotti 교수가 이끄는 INRS(Institut National de la Recherche Scientifique) 연구팀은 단발 초고속 테라헤르츠(THz) 사진 시스템의 최초 실현을 보고했습니다. Nature Communications에 발표된 이 중요한 성과는 피코초 미만의 해상도로 초단거리 역학의 공간적, 시간적 진화를 모두 제공할 수 있을 것입니다.

즉, 연구자들은 이제 전자 센서의 한계를 넘어서는 수십 배의 이미징 속도를 요구하는 역학을 지배하는 숨겨진 자연 법칙을 밝힐 수 있게 될 것입니다.

기존 광학 파장에서의 초고속 이미징의 급속한 발전과 달리 THz 방사선을 사용한 단일 샷 초고속 이미징은 아직 탐구되지 않은 상태로 남아 있습니다. 이는 주로 초고속 이미징에 필수적인 고속 변조기 및 카메라와 같은 THz 주파수 영역의 핵심 장치가 심각하게 부족하기 때문입니다.

"이 작업은 광학 분야의 우리 팀과 공동 작업자의 주요 성과입니다. THz 방사선의 고유한 침투 능력을 활용함으로써 우리 시스템은 일반적으로 기존 방식으로는 접근할 수 없는 광학적으로 불투명한 시나리오에서 초단거리 이벤트를 포착할 수 있었습니다. 초고속 빛 조작 연구소(Ultrahigh Speed ​​Light Manipulation Laboratory)의 과학 리더이자 해당 연구의 교신 저자인 로베르토 모란도티(Roberto Morandotti) 교수는 "광 주파수"라고 말했습니다.

연구원 Junliang Dong은 "우리는 THz 체제에서 단일 샷 초고속 이미징을 성공적으로 잠금 해제했습니다. 우리의 작업 덕분에 이제 1피코초 미만의 프레임 간 시간 간격으로 되돌릴 수 없는 초고속 현상의 동영상을 캡처할 수 있습니다."라고 말했습니다. INRS의 Morandotti 연구실에 있으며 연구의 첫 번째 저자입니다.

단발 초고속 사진은 자연의 다양한 초고속 현상을 뒷받침하는 복잡한 역학을 밝히는 핵심 기술로 등장했습니다. 초고속 레이저, 고속 카메라, 전산 이미징 분야의 최근 발전에 힘입어 단발 초고속 광학 이미징은 초당 1조 프레임 이상으로 충분히 빠른 속도로 2차원(2D) 과도 장면을 캡처할 수 있었습니다. 빛의 속도로 공간을 이동하는 광 펄스를 시각화합니다.

그러나 최첨단 단발 초고속 이미징 기술을 사용하려면 이미징 대상이 광학적으로 투명해야 합니다. 이러한 제한으로 인해 이러한 기술은 세라믹의 레이저 절제 역학, 철 필름의 자화 및 반도체의 캐리어 여기와 같이 광학 침투 깊이가 짧은 매질에서 발생하는 많은 중요한 초고속 현상을 탐색할 수 없습니다.

최근 THz 방사선을 사용한 이미징은 다양한 물질을 '투명하게' 볼 수 있는 능력으로 인해 상당한 관심을 받고 있습니다. 그러나 단발 초고속 THz 이미징은 고속 THz 카메라가 없기 때문에 아직 초기 단계에 있습니다.

이 연구에서 INRS Énergie Matériaux Télécommunications Research Center의 Morandotti 팀은 시간 및 공간 주파수 영역에서 동시에 다중화되는 세심하게 설계된 광학 프로브 빔을 사용하여 THz 감지를 위한 전기 광학 샘플링 기술을 활용했습니다.

"빔 분할기, 광학 지연선, 격자 및 CCD 카메라와 같이 일반적으로 사용 가능한 광학 구성 요소에만 의존하기 때문에 우리 기술은 기본적으로 THz 고속 장치의 필요성을 우회합니다. 그럼에도 불구하고 기록할 수 있을 만큼 강력합니다. 한 번의 촬영으로 THz파에 의해 전달되는 초고속 장면"이라고 Morandotti 교수는 설명합니다.