In large-scale industrial fields such as aviation/space/civil engineering/architecture, high resolution positioning technology is required for production processes and long-term safety monitoring of large structures. Short wavelength laser interferometers can be used in a short distance of several meters or less, but time-of-flight measurements have been mainly used in long distances exceeding several tens of meters. In particular, it is necessary to select an optimal reflector target to efficiently measure fine change in absolute distance using absolute distance measurement technology based time-of-flight, which can measure at a long distance with a resolution of several micrometers. In this study, the performance of dual femtosecond pulse laser based absolute distance measurement system using a micro pattern retro-reflectors was evaluated. The half distance of non-ambiguity range(NAR) was measured with the resolution of few micrometers using a micro pattern retro-reflectors, and as a result of fast fourier transform of the modulated distance, the peak size in the frequency domain increased by about 1.5 times compared to the single pattern retro-reflectors. In addition, a separate signal processing algorithm was applied to measure fine change in the range where verification was limited due to the constraints of data processing and transmission rates. Finally, long-distance simulation experiments with single-mode optical fiber conducted to optimize the measurement system required for outdoor long-distance measurement in an actual atmospheric environment, confirming that fine change in absolute distance can be resolved to a micrometer level.
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.
