The limited elongation of the PZT actuator also restricts the performance of metrological applications such as Fourier-transform spectroscopy, surface profile metrology, distance measurement and optical coherence tomography. These applications commonly exploit a femtosecond laser as the light source to perform pulse-to-pulse interferometry by scanning one pulse over the other overlapped in auto-correlation or cross-correlation mode. The pulse-to-pulse scanning is made by passing one pulse through a delay line extended by a PZT actuator or through a long unbalanced arm while sweeping the repetition rate by stretching the cavity length using a PZT actuator. The performance of pulse-to-pulse interferome-try consequently improves by extending the pulse-scanning span that is currently restrained by the PZT actuator, requiring an alternative solution to cope with the problem. In this investigation, we include a pair of chirped fiber Bragg gratings (CFBGs) within a fiber oscillator to achieve a wide tuning range of the repetition rate. The CFBG pair is devised to augment the optical path elongation produced by a PZT actuator by a magnification factor of around 20. Accordingly, this CFBG-incorporated oscillator permits a near 5 mm cavity extension, offering a over 25 kHz tuning range of the repetition rate from ~42 MHz while maintaining the mode-locking stability of the original oscillator. The extended tuning capability is applied to two experiments; long-term comb stabilization in temperature-uncontrolled environment and 3-D surface metrology of largely stepped profiles by pulse-to-pulse interferometry.
최근 푸리에 변환 분광, 형상 측정, 거리 측정, 광결맞음 단층 연상과 같은 고정밀 광학식 측정이 활발히 수행되고 있다. 이러한 광학식 측정은 펨토초 레이저를 광원으로 사용하여 자기 상관 또는 상호 상관 모드에서 겹쳐진 하나의 펄스를 주사하여 펄스 간 간섭을 이용하므로, 주요 주사 장치로서 압전 소자(PZT)를 사용한다. 주요 펄스 주사 방식은 PZT 액추에이터를 이용하여 간섭계 내의 한쪽 경로를 끌어주는 광경로 지연 방식과 비동일 광경 구성에서 공진기 내PZT 액추에이터 조절을 통한 반복률 주사 방식이 있다. 하지만, PZT의 좁은 주사 범위로 인해 성능이 제한되어, 측정 범위 향상을 위해서는 PZT 액추에이터에 의해 한정되는 펄스 주사 범위를 연장할 수 있는 대체 방안이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 광섬유 공진기 내에 한 쌍의 처프 광섬유 브래그 격자(CFBG)를 포함시켜 넓은 반복률 주사 범위의 시스템을 구현하였다. PZT 액추에이터에 의해 인장된 CFBG를 통해 광섬유 인장으로 인한 광경로차 대비 광경로차를 약 20 배 증가시켰으며, 이는 실제 약 5 mm 의 주사 범위에 해당한다. 또한, 약 42 MHz의 반복률을 기준으로 25 kHz 이상의 주사 동안 안정된 모드 잠금이 확인되어 펄스 특성이 잘 유지됨을 검증하였다. 최종적으로 본 연구에서는 검증된 광대역 반복률 주사 범위를 급격한 온도 변화 환경에서의 장기간 광 빗 안정화 및 고단차 산업 시편의 3차원 표면 측정에 적용하여 향후 다른 응용 분야에 대한 적용 가능성을 검토하였다.
