In this thesis, we propose compact THz imaging system whose size is quarter compared previous THz imaging system. To verify our proposed THz imaging system, we acquire images of leaf, packaged IC character on PCB. And to identify the possibility of potential medical applications for the diagnosis of the dental cavity and the osteoporosis we take image teeth and bone. Clinical information was successfully obtained including density of dentin, electrical properties of dentin, composition of tooth, and locations and size of the cavities. Internal pulp cavity and external cavities were clearly observed in the THz images. And density distributions of the marrow were acquired, showing clear images of air-space and bone-grid inside the marrow. Even though the obtained THz images did not exhibit the best resolutions compared to the x-ray images, the THz images were further improved using a state-of-art digital data processing technique, called neural network algorithm. In addition, we have extracted electrical parameters (permittivity and conductivity) of a sliced tooth and a sliced bone up to 1THz using the transmitted THz pulses and Debye model. The extracted electrical parameters are well matched.
현재까지 마이크로파와 광파의 중간 대역에 위치하는 테라헤르츠 영역에 대한 연구는 앞의 두 영역에 비해 상대적으로 낙후되어 있었다. 그러나 테라헤르츠 영역이 가지는 다양한 응용 가능성으로 인하여 이 영역에 대한 연구의 필요성이 부각되었고, 최근 극초단 레이저와 초고속 광전도 물질의 발달로 인해 이 영역에 대한 연구가 시작되었다. 특히 테라헤르츠 전자파의 감쇄특성을 이용한 의료 영상 시스템으로서의 가능성이 연구되고 있다. 더욱이 테라헤르츠 대역은 안전성 문제에서 기존의 X-ray 나 CT보다 뛰어나며, 마이크로파 보다 짧은 파장 대역을 이용하므로 해상도를 높일 수 있고, 광전도 샘플링 방법을 이용하므로, 신호 대 잡음비가 커 의료 영상 시스템으로써 장점을 가지고 있다.
이 논문에서는 Near-field 프로브를 이용한 컴팩트 사이즈의 영상 시스템을 제안하고, 이 시스템을 이용하여 영상을 획득할 뿐만 아니라, 샘플의 전기적 상수를 추출하는 데도 이용하였다. 여기서 제안된 컴팩트 사이즈의 영상 시스템은 회절 한계에 의한 영상 해상도의 한계를 극복하기 위해 Near-field 프로브를 이용한 영상 시스템으로 시스템의 설계가 단순하여, 구현이 쉽고, 기존의 테라헤르츠 펄스를 이용하는 영상 시스템에 비해 그 크기는 1/4 수준으로 크기는 12×10㎠이다. 이 영상 시스템은 샘플이 컴퓨터에 의해 제어되는 자동 평면 제어기에 의해 2차원적으로 움직이면서, 각 점에서 테라헤르츠의 전자파가 측정되고, 각 점에서 측정된 전자파의 크기에 의해 2차원적으로 영상을 획득한다.
이 시스템을 이용한 문자 인식 시스템으로서의 가능성을 확인하기 위하여 PCB 기판상의 문자를 영상화하였다. 또한 나뭇잎 및 DIP, QFP 형태로 패키징된 IC의 2D 영상을 얻었으며, 이 영상은 Package 내부의 Chip Die를 볼 수 있게 해주었고, 이것은 이 영상 시스템이 IC Package의 비파괴 검사에서의 응용 가능성을 보여준 것이다. 또한 의료 여상 시스템으로서의 가능성을 확인하기 위하여 치아와 팔목 부분의 뼈에 대하여 영상을 획득하였다. 치아에 대한 테라헤르츠 영상을 이용하여 치아의 충치 및 치아 내부의 치수강의 크기 및 발육 상태를 확인 할 수 있었고, 충치의 진행 상태를 확인 할 수 있었다. 팔목 부분의 뼈에 대한 영상에서는 뼈의 골수 밀도를 확인함으로서 골다공증 검사에서의 응용 가능성을 확인 할 수 있었다. 또한 치아와 뼈에 대해서는 테라헤르츠 펄스의 투과 파형을 측정하고 Debye Model과 Genetic Algorithm을 이용하여 물질의 전기적 상수 (유전율과 전도율)를 측정하였다. 추출된 유전율과 전도율은 기존의 모델 결과와 아주 잘 일치하였다.
