미세 패턴 재귀반사체를 이용한 이중 펨토초 펄스 레이저의 비행시간법 기반 절대 거리의 미세 변화 측정

Abstract

항공/우주/토목/건축 등의 대규모 산업 분야에서는 생산 공정 및 대형 구조체의 장기 안전 모니터링을 위해 높은 분해능을 갖는 위치 결정 기술을 요하고 있다. 수 m 이하의 근거리에서는 단파장 레이저 간섭계를 이용할 수 있지만 수십 m를 초과하는 장거리에서는 비행시간법 기반의 측정기가 주로 사용되어 왔다. 특히 긴 거리에서 수 마이크로미터의 분해능으로 측정할 수 있는 비행시간법 기반 절대 거리 측정 기술을 이용하여 절대 거리의 미세 변화를 효율적으로 측정하기 위해서는 최적의 반사체 타깃을 선정할 필요가 있다. 본 연구에서는 미세 패턴 재귀반사체를 이용한 이중 펨토초 펄스 레이저 기반 절대거리 측정 시스템의 성능을 평가하였다. 미세 패턴 재귀반사체를 활용하여 모호성 없이 측정할 수 있는 거리(D_NAR)/2 위치에서 마이크로미터 수준의 분해능을 확보하였으며, 변조된 거리를 고속 푸리에 변환한 결과 단일 패턴 재귀반사체 대비 주파수 도메인에서 피크 크기가 약 1.5배 정도 증가한 것을 확인하였다. 또한 데이터 처리 및 전송 속도의 제약으로 확인이 제한된 범위의 미세 변화를 측정하기 위해 별도의 신호 처리 알고리즘 적용하였다. 마지막으로 실제 대기 환경에서의 야외 장거리 측정에 필요한 측정 시스템 최적화를 위해 단일 모드 광섬유를 추가한 장거리 모사 실험을 진행한 결과 절대 거리의 미세 변화를 마이크로미터 수준으로 분해할 수 있음을 확인하였다.