물체를 파괴하지 않고 내부를 검사할 수 있는 비파괴 검사는 시설/설비, 보안, 의료 등 다양한 영역에서 쓰인다. 테라헤르츠파(T-ray)는 비전도성 물체에 투과성이 높고 인체 유해성이 낮아서 T-ray를 사용한 단층촬영 기술에 대한 많은 연구가 진행 중이다. 특히 복합재, 반도체 소자 등의 내부결함 탐지를 위한 비파괴 검사에 유용할 것으로 보인다. 

하지만 현재 T-ray 단층촬영 기술은 긴 측정시간 때문에 현장 적용이 어렵다는 단점이 있다. 이를 위해 KRISS가 고속 T-ray 단층촬영 기술을 개발하였다.

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 신용현) 안전측정센터 이대수 박사 연구팀은 복합재, 반도체 소자 등의 비파괴 검사를 위해 3차원 내부영상을 빠른 속도로 촬영할 수 있는 ‘고속 테라헤르츠파(T-ray)^* 단층촬영’ 기술을 개발하였다.

기존의 T-ray 단층촬영은 깊이 방향 스캔 속도가 느려 3차원 내부영상을 얻는데 오랜 시간이 걸렸다. 또한 수평 방향 스캔을 위해 검사 대상을 직접 움직이거나 T-ray 발생기/검출기 자체를 움직여야 해서 산업 현장에서 사용하는데 어려움이 있었다. 

T-ray를 이용한 단층촬영에는 반사형과 투과형이 있으며, 이 중 반사형의 깊이 방향 스캔을 위해 시간영역과 주파수영역 방법이 사용된다. 

이대수 박사팀은 시간영역 및 주파수영역에서 깊이 방향을 고속으로 스캔할 수 있는 T-ray 단층촬영 기술을 개발했다. 또한 수평 방향 스캔을 위해 빔 스캐너를 자체 개발해 검사 대상이나 T-ray 발생기/검출기를 움직일 필요 없이 3차원 내부영상을 촬영할 수 있는 기술을 개발하였다.

시간 영역에서는 전자제어 광샘플링 기법을, 주파수 영역에서는 파장 훑음 레이저를 사용하는 광혼합 기법을 이용하여 고속 T-ray 단층촬영 기술을 실현하였다. 

시간 영역 T-ray 단층촬영 기술은 3차원 영상 데이터를 얻는데 10초 정도 소요되어 빠른 속도가 특징이다. 이에 반해 주파수 영역 단층촬영 기술은 데이터 획득에 100초 정도 소요되어 속도는 다소 떨어지지만 장비의 소형화와 저비용에 유리하다. 

이대수 박사는 “이번 연구결과는 T-ray 단층촬영 분야에서 KRISS가 독보적 우수성을 가지는 깊이 방향 스캔 기술들을 최초로 개발했다는 점과 이를 바탕으로 세계에서 가장 빠른 3차원 내부영상 촬영 기술을 개발했다는 점에서 의의를 가진다. X-ray를 이용한 비파괴 검사 기술은 인체에 유해하지만 T-ray는 유해성이 낮은 장점이 있다. 앞으로 소형화와 함께 T-ray 단층촬영 비파괴검사 장비 기술로 발전시킬 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구 성과는 광학분야의 저명한 학술지인 옵틱스 익스프레스(Optics Express)에 2016년 1월에 게재되었다.