펨토초 레이저를 이용한 고분해능 합성파 절대거리 간섭계

Abstract

펨토초 레이저(femtosecond pulse laser) 의 광 빗(optical comb)을 이용한 합성파 절대거리 간섭계(synthetic wavelength absolute distance interferometer)에 위상잠금법(phase locking technique)을 적용하였다. 안정화된 펨토초 레이저를 사용함으로써 높은 광 주파수 안정도로 측정이 가능하고 광 빗에서 생성된 여러 합성파를 이용함으로써 높은 분해능으로 확장된 영역에서 측정이 가능하다. 여기서 측정하고자 하는 거리 변화에 따라 일정한 위상값을 잠금하기 위해 광 빗의 모드간 간격을 의미하는 반복률(repetition rate)을 음향광변조기(AOM)을 이용하여 수백 kHz 부터 수십 MHz 의 주파수 영역에서 변화시켰다. 합성파 간섭계는 저대역통과필터(low-pass filter)또는 대역 통과필터 (band-pass filter)의 불완전함, 위상측정기의 아날로그-디지털 데이터 전환(A/D conversion) 시 발생하는 절단오차(truncation error) 에 의해 비선형오차(non-linear error)를 가질 수 있으며 이러한 오차는 위상잠금(phase locking)을 통해 제거 가능하다. 본 논문에서는 합성파 간섭계의 분해능을 고정된 지점에서 받은 거리정보의 표준편차로 정의하고 이론적으로 90 도 에 위상잠금을 하게 되면 비선형 오차가 최소화 됨과 동시에 분해능이 향상될 수 있음을 밝혔으며 실험을 통해 위상잠금 전 보다 약 5배의 분해능 향상이 있음을 확인하였다.