보편적인 힘

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 2260(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

테라헤르츠(THz) 시간 영역 분광법(TDS, THz-TDS)을 사용하여 붕규산염, 텔루라이트 및 칼코게나이드 유리 계열의 THz 광학 특성, 즉 굴절률 및 흡수 계수를 측정했습니다. 우리는 THz 광학 특성이 유리 조성에 따라 달라지는 것을 관찰합니다. THz 굴절률은 붕규산염에서 칼코게나이드 및 텔루라이트 유리 계열로 증가하는 추세를 기록했습니다. 우리의 결과는 THz 광학 및 광자 응용 분야에서 잠재적으로 사용할 수 있도록 THz 광학 특성을 목표로 하는 유리 제품군, 시스템 및 구성을 선택할 수 있는 능력을 보여줍니다. 우리는 이러한 특성을 설명하는 데 사용되는 거듭제곱 모델에 대한 K 및 β 피팅 매개변수를 보고하고 여러 유리 제품군에 보편적으로 적용할 수 있는 방법을 보여줍니다.

안경은 저굴절률 또는 고굴절률, 분산 감소 등 광학 특성을 맞춤화, 맞춤화 및 제어할 수 있는 기능으로 인해 THz 주파수에서 다양한 수동 및 능동 광학 부품(예: 도파관, 창, 렌즈 등)으로 활용될 수 있습니다. 및 흡수 계수는 원하는 용도에 맞게 선택할 수 있습니다. 다양한 유리 제품군에 대한 THz 대역폭 전반의 THz 굴절률 및 흡수 계수에 대한 지식은 특히 통신 시스템1, 보안 및 방어2에 초점을 맞춘 THz 광학 및 포토닉스의 광범위한 영역을 포괄하는 다양한 응용 분야에 대해 이 주파수 범위에서 유리를 사용할 수 있는 가능성을 강화합니다. 및 의료 진단3.

THz 응용 분야에는 산업 식품 생산, 포장 재료 운송, 삽화 검사, 반도체 웨이퍼 검사 및 검사, 농업용 수분 분석, 제지, 자동차 및 제약 산업을 포함한 다양한 분야의 품질 관리 및 검사가 포함됩니다4,5,6 ,7,8. THz 반사 영상은 THz 방사선이 살아있는 조직에 침투하는 것이 제한되어 있고 고유한 THz 시그니처1,3,9로 인해 피부 및 유방암과 같은 암성 조직의 표면 근처 식별에 사용될 수 있으므로 질병의 생의학적 진단에 사용됩니다. 예를 들어, 제약 산업에서는 분석 특성화, 물질 식별, 약물 전달 시스템 연구 등 다양한 특수 용도에 THz 분광기를 활용합니다. 이는 특히 정제 코팅에서 나타나는 결정화도, 코팅 두께, 균일성, 거칠기, 다공성 및 결함(예: 균열 및 박리)을 결정하는 데 사용되었습니다10,11,12,13.

Naftaly et al.14,15,16, Kang et al.17 및 Ravagli et al.18은 다결정 용융 석영, 비정질 용융 실리카 및 B 규산염 유리를 포함하여 상업적으로 이용 가능한 엄선된 규산염 유리의 THz 광학 및 유전 특성을 보고했습니다. 270®(변성 소다석회 크라운 유리), BK7®(붕규산 유리), Pyrex®(붕규산 유리), N-Zk7®(아연 크라운 유리), SF® 시리즈(고밀도 플린트 유리), SK10®(고밀도 바륨 유리) 크라운 유리). 붕규산염, 텔루라이트 및 칼코게나이드 유리는 각각 규산염 함유 산화물, 비규산염 산화물 및 비산화물 유리 계열로 정의됩니다. 서로 다른 유리 제품군은 구성, 구조(예: 구조 단위, 연결성 및 네트워크)와 그에 따른 특성(예: THz 굴절률 및 흡수 계수)이 크게 다릅니다. Storm 등19,20 및 Schlomann21은 거듭제곱 법칙 모델 \(n\left(\nu \right)\alpha \left(\nu \right)={K\left(h\nu)을 사용하여 THz 흡수 계수를 분석했습니다. \right)}^{\beta }\) 또는 \(n\alpha ={K\times f}^{\beta }\)의 단순화된 형식, 여기서 \(n\left(\nu \right)\) 는 주파수 종속 굴절률이고, \(\alpha \left(\nu \right)\)는 주파수 종속 흡수 계수이고, K는 재료 특성에 의해 결정되며, β는 유리 구성에 따라 달라지는 상수입니다. K는 다음과 같이 정의됩니다. \(K=\frac{{{e}^{*}}^{2}N{k}^{2}}{{\mathrm{\hbar }}^{2}\rho c{ V}_{D}^{3}}\), 여기서 \(N\)은 진폭(\({e}^{*}\))의 전하 변동 밀도이고, k는 로컬 필드 보정 계수( n2 + 2)/3, \(\mathrm{\hbar }\)는 환원된 플랑크 상수, \(\rho\)는 질량 밀도, \(c\)는 진공에서 빛의 속도, VD Debye 소리의 속도입니다. K는 대략 굴절률의 4제곱만큼 증가합니다. Storm 등19,20은 다른 조성 중에서 SiO2, B2O3, GeO2, As2S3, Se, As2Se3를 포함한 선택 유리에 대한 THz 원적외선 흡수 매개변수를 검토했으며, 여기서 β 매개변수는 ~2인 것으로 나타났습니다.