획기적인 테라헤르츠 이미징 기술 개발: 빛보다 작은 세상을 보다

중국과학원 연구진이 개발한 초고해상도 테라헤르츠 이미징 기술은 기존 기술의 한계를 극복하고, 압축센싱과 인공지능을 활용하여 파장보다 7배 작은 해상도를 달성했습니다. 의료, 보안 등 다양한 분야에 혁신을 가져올 것으로 기대됩니다.

빛보다 작은 세상을 보는 혁신: 초고해상도 테라헤르츠 이미징 기술

중국과학원 연구진(주저자: Zhu Yongsheng 외)이 테라헤르츠파(THz)를 이용한 획기적인 이미징 기술을 개발했습니다. 기존 테라헤르츠 단일 픽셀 이미징(TSPI)의 한계를 극복, 파장보다 7배나 작은 해상도(λ0/7) 를 달성한 것입니다. 이는 0.36THz에서 파장 833.3㎛인 테라헤르츠파를 이용하여 약 119㎛의 해상도를 구현한 것을 의미합니다.

기존 기술의 한계와 혁신적인 돌파구

기존 TSPI는 간편하고 비용 효율적이지만, 테라헤르츠파의 긴 파장으로 인해 해상도가 낮다는 한계를 가지고 있었습니다. 초고해상도를 달성하는 기존 방식들은 까다로운 실험 조건과 긴 샘플링 시간이 필요했습니다. 하지만 이번 연구는 이러한 문제점들을 효과적으로 해결했습니다.

핵심 기술: 압축 센싱과 인공지능의 만남

연구진은 후방 전파 압축 이미징 기법을 개발하여 이러한 한계를 극복했습니다. 500㎛ 두께의 실리콘 웨이퍼 뒷면에 레이저를 이용해 생성한 패턴으로 테라헤르츠파를 변조하고, 단일 센서로 측정하는 방식입니다. **압축률 1.5625%**라는 놀라운 효율성을 달성했으며, 비훈련 신경망을 이용하여 물리적 모델 제약 조건 하에 이미지를 빠르게 복원하는데 성공했습니다.

특히, 각도 스펙트럼 전파(ASP) 이론을 접목하여 테라헤르츠파의 회절 효과를 최소화했습니다. 이를 통해 근거리 정보를 얻어내어, 초박형 광변조기 없이도 초고해상도 이미징을 가능하게 했습니다.

미래를 여는 기술: 무궁무진한 응용 가능성

이 기술은 테라헤르츠 현미경 이미징을 비롯하여 다양한 역이미징 문제 해결에 효과적으로 활용될 수 있습니다. 의료 영상, 보안 검색, 비파괴 검사 등 다양한 분야에서 혁신적인 발전을 가져올 것으로 기대됩니다. 초고해상도와 고효율성을 동시에 달성한 이번 연구는 테라헤르츠 이미징 기술의 새로운 지평을 열었습니다. 앞으로 더욱 발전된 기술을 통해 우리는 빛보다 작은 세상을 더욱 자세히 관찰하고 이해할 수 있게 될 것입니다.