광섬유 링크를 통해 안정화된 다파장 간섭계 기반의 3차원 초정밀 형상 측정 시스템 개발

Abstract

근래의 초정밀 산업 분야에서 수백 마이크로 미터 영역에서 나노미터 수준의 정밀도를 가지는 절대 거리 측정을 요구하고 있다. 나노미터 수준의 정밀도를 만족시키기 위해서 레이저 간섭계를 활용한 방안들이 지속적으로 연구 되었고, 절대 거리 측정과 고 단차 영역으로의 확장을 위해 2 개 이상의 파장을 광원으로 사용하는 다파장 간섭계가 활용되었다. 하지만 종래의 다파장 간섭계는 파장의 안정도에 의해 측정 분해능이 제한되어 왔고 형상 복원 시간이 오래 걸린다는 단점이 존재하였다. 이에 본 연구에서는 고예리도 공진기에 안정화 된 펨토초 레이저 광 빗을 활용하여 다파장 간섭계에 사용되는 4 개의 서로 다른 파장의 레이저 다이오드를 안정화하여 분해능을 향상하였다. 뿐만 아니라, 높이에 따른 위상 오차들의 평균 제곱근 오차에서 4 개의 파장 조합으로 이루어진 6 개의 등가파장에 비례하는 주기성을 발견하여, 이를 통해 개선된 새로운 알고리즘을 제안하였다. 안정화된 단색광 레이저와 개선된 알고리즘을 적용한 다파장 간섭계는 분해능이 5 nm 수준까지 향상되고 기존의 알고리즘에 비해 형상 복원의 신뢰도가 20% 증가하면서 복원 시간은 10 만 배 빨라지게 된다. 이러한 측정 기술은 반도체, 디스플레이 등과 같은 초정밀 산업 분야에서 적용 가능할 것으로 기대된다.