광빗 기반 광주파수 대기 전송 및 원거리 응용

Abstract

광시계 기술 개발의 고도화를 통해 향상된 광주 파수 표준은 기초 물리학의 실험, 극한의 표준 측정 및 측지학의 정밀도 개선 등에 활용되고 있다. 이러한 광시계 기술은 수 만개의 단색광주파수가 일정하게 분포하는 펨토초 레이저 광빗 기술이 도입되면서 광주파수 표준을 넓은 대역폭으로 확장할 수 있었다. 이는 고 예리도 공진기에 광주파수 기준에 광빗을 구성하는 하나의 주파수를 안정화시키는 방식 등으로 구현할 수 있지만 시스템이 매우 복잡하고 극한의 환경 제어가 필요하기 때문에 시스템이 구현된 한정된 장소에서만 활용이 가능하다. 이러한 제약을 뛰어넘어 광빗을 산업 현장, 항공 및 우주 분야 등 다양한 장소에서 활용할 수 있도록 본 연구에서는 대기 채널을 통해 광주파수를 전송하여 광주파수 표준을 분배하고 이를 이용하여 광빗의 안정화를 수행하였다. 안정화된 광빗은 넓은 대역폭과 우수한 선폭 특성을 가지게 되므로 이에 대한 성능 검증을 통해 다양한 응용분야에 적용할 수 있음을 제시하였다. 더 나아가 안정화된 광빗으로 저 잡음 마이크로파 주파수 생성과 정밀 분광을 수행하였다. 저 잡음 마이크로파 주파수 생성의 경우 1 Hz 오프셋 주파수에서 -80 dBc Hz$^{-1}$ 및 100 Hz 오프셋 주파수 이상에서는 -115 dBc Hz$^{-1}$ 수준의 위상 잡음 수준을 획득하였다. 분광의 경우 파장 주사 레이저를 통해 다중 가스의 흡수선을 100 nm s$^{-1}$ 의 빠른 속도로 측정과 동시에 광빗과 간섭을 통해 주사되는 파장의 정확한 위치를 측정하여 가스들의 흡수선을 정확하게 파악하였다. 이러한 원거리 광빗 안정화 기술을 통해 광빗을 통한 다양한 응용 분야에서 새로운 도약을 이뤄줄 수 있을 것으로 기대한다.