In precision engineering today, a capability of nanometer precision positioning over ranges up to several meters are essential and incremental type displacement laser interferometer has been playing key roles for advance of precision engineering. However, this laser interferometer measuring distance by accumulating a displacement yields a short non-ambiguity range of just half the used wavelength and is limited to directly determine an absolute value of a distance. In addition, fluctuation of air refractive index by environmental condition drift deteriorates a measurement uncertainty. In this work, we propose and evaluate an absolute distance and air refractive index measurement system using a frequency comb of a femtosecond pulse laser. Multiple wavelengths phase-locked to the frequency comb are simultaneously generated to be able to determine absolute distance by a multi-wavelength interferometer in real time. In addition, a two-color method is combined with the multi-wavelength interferometer to determine absolute distance and correct air refractive index. This system enables to fast and precisely determine absolute distance and is well suitable to ultra-precision engineering such as semiconductor and display manufacturing and scientific applications such as formation flying of multiple satellites and gravitational wave detection.
근래의 정밀 산업분야에서 수 m 영역에서 nm 수준의 정밀도를 갖는 위치 결정은 필수적이며, 이는 변위 측정 방식의 레이저 간섭계를 기반으로 발전해왔다. 하지만, 종래의 레이저 간섭계는 변위를 누적하여 길이를 측정하기 때문에 절대 위치 결정에 제약이 있으며, 대기 중 환경 변화에 따른 공기 굴절률 변화로 인하여 측정 불확도가 제한되어왔다. 본 연구에서는 펨토초 레이저의 광 빗 기반의 다파장 간섭계를 이용하여 대기 중 절대 거리 및 공기 굴절률 측정 장치를 제안하고 성능을 검증하였다. 펨토초 레이저 광 빗에 안정화된 단파장 레이저를 동시에 여러 개를 생성하여 다파장 간섭계 원리를 이용하여 실시간으로 절대 거리 측정이 가능하도록 하였다. 더하여, 이색 간섭계 원리를 다파장 간섭계 원리와 결합하여 대기 중 절대 공기 굴절률을 실시간으로 교정하고자 한다. 이러한 절대 거리 측정 기술은 실시간으로 정밀하게 거리측정을 수행할 수 있으며 반도체, 디스플레이 등과 같은 초정밀 산업에서부터 다수 위성의 편대비행, 중력파 검출 실험 등과 같은 다양한 분야에서 적용 가능할 것으로 기대된다.
