광학 판독 방식의 테라헤르츠 배열 검출기

기존 테라헤르츠(THz) 검출기는 냉각이 필수적이거나 단일 지점 검출에 국한되어 THz 이미징에 한계가 있었습니다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하기 위해 상온에서 작동하며 높은 민감도를 지닌 마이크로 구조 골레이 셀(Golay-cell) THz 배열 검출기를 개발했습니다. 이 검출기는 THz 복사 에너지를 열 흡수, 압력 변형, 그리고 광학 위상 변화로 변환하는 메커니즘을 활용합니다. 특히, 탄소 나노튜브 흡수층과 유연한 반사막을 포함하는 새로운 마이크로 가스 공동 구조를 통해 흡수된 THz 복사가 막 변형을 유발하고, 이를 하트만(Hartmann) 파면 센서로 측정 가능한 광학 위상 신호로 변환합니다. 공동 크기, 막 두께, 공동 높이 등 핵심 매개변수 최적화를 위한 다중 물리 시뮬레이션을 수행하여 최대 변위 반응성과 적절한 응답 속도를 가진 최적의 기하학적 구조를 도출했습니다. 시뮬레이션을 기반으로 제작된 프로토타입 배열 검출기는 0.1 THz 주파수에서 약 6.93 mm/W의 높은 변위 반응성을 보였으며, 명확한 공간 분해 응답을 구현했습니다. 관찰된 막 변형은 시뮬레이션 예측과 일치하며 입사 THz 전력에 선형적으로 비례했습니다. 픽셀 응답 균일도는 평균 약 83%에 달해 THz 이미징에 대한 실현 가능성을 입증했습니다. 본 연구는 엄격한 냉각 요구사항과 단일 지점 검출의 한계를 극복하며, THz 이미징 기술 발전에 유망한 방향을 제시합니다.