Laser-based displacement measurement techniques are one of the most important techniques in these days. To enhance the displacement measurement performance, we have analyzed current techniques’ method and following limitations. As a solution for these limitations, we have developed a new displacement measurement technique by utilizing timing comparison between fs-laser pulses and microwave signals. We also found a new way to lower the excess phase noise during photodetection of light pulses and this idea has been applied to our new displacement measurement technique with confident performances. As a result, our technique has much higher performance on many parameters including precision, maximum detectable range and measurement speed than existing state-of-the-art techniques. This high averaging time-resolution performance can be analyzed by modifying the residual/excess phase noise performance and the Allan deviation. Finally, we applied our new method to various time-of-flight-based sensors and verified their high performances. We expect that our novel displacement measurement method and sensors can readily replace the existing techniques with promises.
레이저 기반의 거리 측정 기술은 다양한 분야에서 중요한 핵심 기술로써 이용된다. 이에 따라 본 논문은 이러한 거리 측정 기술의 성능 향상을 위한 기존의 방법들에 대한 분석과 함께, 기존 기술들의 한계에 대한 돌파구로써 새로운 거리 측정 기술을 고안하였다. 이 과정에서 광검출기를 이용한 포토디텍션 과정에서 생기는 초과 위상 잡음을 매우 낮은 수준으로 활용할 수 있는 방법을 발견하였고 본 논문은 거리 측정 기술에 이를 적극 활용하였다. 본 논문의 거리 측정 기술은 분해능, 측정 가능 거리, 측정 속도 모든 방면에서 기존의 기술을 크게 능가했고, 이러한 거리 측정 성능과 잔류/초과 위상 잡음 성능 사이의 관계를 분석하였다. 나아가 이를 다양한 물리량 센서에 접목하여 성능 검증을 하였고 높은 수준의 성능을 확인했다. 본 연구의 결과물은 많은 부분에서 기존의 거리 측정 기술 및 센서들을 우수하게 대체할 수 있을 것으로 기대된다.
