이중 펨토초 펄스 레이저의 광 상호상관을 이용한 나노미터급 정밀도의 다중 절대거리 측정

Abstract

조선/항공과 같은 대규모 제조업 및 반도체/디스플레이의 초정밀 산업분야에서는 공작물의 가공 시 높은 정도 관리를 위해 높은 정밀도를 갖는 위치 결정 기술을 필요로 한다. 수십 m를 초과하는 넓은 영역의 측정은 비행시간법 기반의 측정기를 사용하였으며, 수 m 이하의 좁은 영역에서는 단파장의 레이저 간섭계를 이용해왔다. 기존의 비행시간법은 광 검출기의 대역폭에 의한 느린 응답속도와 광 신호의 넓은 펄스폭으로 수 mm로 분해능이 제한되었다. 본 연구에서는 짧은 펄스폭을 갖는 두 펨토초 레이저의 자동 주사 및 비선형 현상에 의한 시간-광강도 전환을 이용하는 이중 광빗 비행시간법 기반 다중절대거리 측정의 성능에 관하여 분석하였으며, 수십 nm의 높은 정밀도를 확보하였다. 또한, 두 펨토초 레이저의 반복률 스위칭을 통해 측정 영역을 확장하였다. 이를 통해 약 650 m의 거리를 μm 수준의 분해능으로 측정하였으며, 긴 거리의 측정 정밀도를 평가하였다. 개발된 측정 기법을 기반으로 다중 절대 거리의 측정함으로써 3차원 공간에서 인공위성모사 시뮬레이터의 상대 거리 및 자세 동시 결정을 수행하였다.