Absolute length measurements were demonstrated successfully using a multi-channel optical frequency generator. Four wavelengths are generated in parallel with the uncertainty of 2.3×10-12 and transferred to the absolute distance interferometer. The resulting phases are monitored in real-time by heterodyne technique and processed with a novel high-speed algorithm with update rate of 100 Hz. The measurement uncertainty turns out to be 35 nm with direct traceability to the Rb atomic clock when measuring 2.3 meter distance. This system is fast, precise and environmentally stable thereby being well-suited to on-site applications such as formation-flying satellites and high-precision stage positioning.
본 연구에서는 다채널 광주파수발생기를 이용한 절대거리 측정방법을 제안하고 검증하였다. 현재 상용화되어 산업계 전반에 널리 사용되는 레이저 간섭계는 측정면의 움직임으로 생겨나는 간섭 무늬의 위상변화를 누적하여 측정면의 처음과 최종 위치 사이의 상대 변위(relative displacement)를 측정하는 것이 일반적인데, 이는 위상모호성(phase ambiguity)이 나타나지 않는 길이가 일반적으로 빛의 경로에 따라 파장 길이의 반, 혹은 1/4에 불과하여 그 이상의 거리를 직접적으로 측정하는 것이 불가능하기 때문이다. 이러한 기존의 상대변위 측정법을 보완할 수 있는 절대거리 측정법은 서로 떨어진 두 물체 사이의 거리를 측정면의 움직임 없이 한 번의 측정으로 결정할 수 있는 방법을 의미한다. 본 연구에서는 실시간 절대거리 측정을 위해 네 개의 서로 다른 광주파수가 2.3×10-12 의 파장불확도를 갖고 동시에 생성되어 절대거리 측정 간섭계로 전달되며 간섭계에서 획득한 간섭신호로부터 헤테로다인 기법을 이용하여 각 파장에 대한 위상정보를 실시간으로 검출하고 100 Hz 이상의 고속으로 절대거리 측정을 수행한다. 2.3 m 의 거리를 측정하였을 때 주파수 표준인 Rb 원자시계에 소급하여 35 nm 의 측정불확도를 획득할 수 있다. 이렇게 제안된 시스템은 빠르고 표준에 소급하여 매우 정밀하게 절대거리를 측정할 수 있어 초정밀 산업 등의 산업적인 응용 및 우주산업 등의 기초과학 분야에의 응용에 있어 강점을 가질 것으로 예상된다.
