나노미터 표준을 확립하기 위하여 일체식 엑스선 간섭계에 광간섭계를 결합시킨 복합간섭계를 구성하였다. 복합간섭계는 광간섭계의 Zero crossing 지점부터 표준시편이 올려진 미소이동대의 이동거리를 변화된 위상값으로 읽고 그 변화량을 고분해능 변위 측정기인 엑스선 간섭계로 읽어들이는 구조로 구성된다. 본 연구에서는 미소이동대의 위치 변화와 관련된 광간섭계의 위상 안정도, 엑스선 간섭계 및 미소이동대의 위치 안정도 등이 나노미터 영역의 길이 측정에 매우 중요한 요인이 되므로, 미소이동대의 위치 변화시 정지상태에서의 위상 잠김 (phase locking) 안정도를 측정하였다. 마이켈슨 레이저간섭계의 한쪽 팔을 고정시키고 다른 한 팔은 미소이동대 위에 반사거울을 설치하여 미소이동대의 움직임을 측정하였다. 보다 안정된 위상잠김 상태를 확보하기 위하여 PID feedback loop controller를 사용하였다. 측정 결과 위상 변동폭이 0.022 degree 이하의 높은 위상잠김 안정도를 확보하였으며, 이를 길이단위로 환산하면 정지상태에서 약 0.02 nm 이하의 위치 안정도를 나타낸다.
홀로그래피 간섭무늬로부터 변형의 요철방향을 구하기 위하여 위상변위방법을 응용하였다. 위상변위법에 의하여 물체파의 위상을 변화시켜 이에따른 홀로그래피 간섭무늬의 이동을 측정하였다. 간섭무늬가 일정지점을 중심으로 좌우로 이동하는 현상으로부터 변형의 요철방향을 파악하고 최대지점의 위치를 구할 수 있었다.
SAR(Synthetic Aperture Radar) 영상은 반사 신호의 상대적 거리를 나타내는 위상 정보를 제공한다. 영상레이더 간섭기법(InSAR)은 동일한 지표면에 대해 다른 위치에서 획득된 두 SAR 자료간 위상차를 이용하여 지표면의 3차원 공간정보를 획득하는 기술이다. 차분간섭기법(DInSAR)의 간섭도에는 지형과 변위에 의한 위상이 복합적으로 포함되어 있으므로, 지형정보에 대한 정보를 나타내는 수치표고모델(DEM)을 이용하여 지형의 위상을 제거함으로써 지형과 변위에 대한 위상 효과를 분리하게 된다. 두 SAR 자료의 관측 기간 중 변위가 없는 경우에는 잔여 위상은 DEM의 오차를 반영한다. 본 연구에서는 영상 레이더 간섭기법을 이용하여 ERS-l/2 tandem 간섭쌍으로 DEM을 제작하였고, 차분간섭기법(DInSAR)으로 원래의 DEM 값을 갱신하여 정확도를 향상 시켰다. 제작된 DEM은 GPS 측량을 통해 획득된 검사점(check point)를 이용하여 정확도를 평가하였다.
본 논문에서는 간섭계와 직렬 위상 카드를 이용한 광 보안 시스템을 제안하였다. 먼저 원영상을 암호화하기 위해 원영상을 암호화하는 것이 아니라 원영상에 대한 이진 위상 컴퓨터형성홀로그램을 반복 알고리즘을 이용하여 구하고, 이진 위상 컴퓨터형성홀로그램과 무작위 생성된 위상 키 영상과의 XOR 연산을 통해 암호화된 영상을 구한다. 홀로그램의 복호화 과정은 암호화된 영상과 암호화시에 사용된 무작위 위상 영상 키를 직렬 정합시킨 후, 기준파와의 간섭에 의해 수행된다. 이때, 간섭패턴은 주위 환경에 상당히 민감하다. 그래서 광굴절매질의 자기위상공액성질을 이용하여 안정된 간섭패턴을 얻는다. 그리고 원영상은 복원된 홀로그램을 위상 변조한 후, 역푸리에 변환하여 최종적으로 구한다. 제안된 시스템에서는 암호화시에 사용된 무작위 키 영상 정보가 없으면 전혀 복원이 되지 않고, 키 영상을 달리함에 따라 복원되는 홀로그램의 패턴을 달리할 수 있으므로 차별화된 인증 시스템에 활용할 수 있다. 그리고 홀로그램의 성질에 의해 암호화된 영상이 일부 절단되더라도 원래의 영상을 복원할 수 있다.
본 논문에서는 불완전 동기(Imperfect Synchronization)로 인한 칩 동기 에러(timing errors)와 위상 에러(phase errors)를 고려 하여 비동기(Asynchronous) DS-CDMA 시스템의 성능을 이론적으로 분석하였다. 성능 개선 기법으로는 다단 간섭제거기 (Multistage PIC)와 부분 다단 간섭제거기(Partial Multistage PIC)를 채용하였고 칩 동기 에러와 위상 에러가 두 간섭제거기의 간섭제거능력에 미치는 영향의 정도를 정량적으로 분석하였다. 성능분석 결과로부터 칩 동기 에러와 위상 에러로 인한 1단(no cancellation)에서의 성능 열화가 각 단의 상관기 출력(decision statistic)에 영향을 줌으로써 다단 간섭제거기와 부분 다단 간섭제거기의 성능 개선폭을 감소시켰다. 그렇지만, 불완전 동기에도 불구하고 단(stage) 수가 증가할수록 두 간섭제거기 모두 강한 간섭제거능력을 보였다. 실제 시스템에서는 성능 개선과 구현상의 복잡도를 동시에 고려해야하므로 다단 간섭제거기 보다 구조가 간단하고 계산량이 적은 부분 다단 간섭제거기의 활용도가 높아질 것이 예상된다.
위상변이간섭법(phase-shifting interferometry)의 측정정도는 광원의 불안정성, CCD센서의 비선형성, 열팽창, 기계적 진동과 위상변이기(phase shifter)의 위치결정정도 등에 의해 영향을 받는다. 위상변이 간섭법에서 형상을 측정하기 이해 사용되는 이론적인 기준위상(theoretical reference phase)은 위상변이기의 이동오차와 광경로차에 변화를 주는 열팽창, 기계적 진동 등에 의해서 실제의 기준위상(actual reference phase)과 다르게 되고 이것은 측정에 심각한 오차를 야기시킨다. 이러한 종류의 위상측정오차를 제거하기 이해 본 연구에서는 최소자승법과 반복연산법을 사용하여 간섭무늬의 광강도로부터 직접 기준위상을 구하고, 이를 이용하여 위상을 산출하는 방법이 제안되었다.
광파이버 패브리페로 간섭계에서 동작영역을 넓히기 위해 공진기의 길이를 1mm보다 짧은 초소형 간섭계를 구성하고자 하였을 경우, 광출력의 위상변화에 대한 감도가 낮아 전달함수로부터 변화된 위상을 복원하는 과정이 까다로워진다. 이러한 신호복원 과정에는 대부분 신호잡음비를 높여주는 신호처리 수단을 포함하게 되므로 간섭계가 겪은 위상변화를 보다 높은 신뢰성으로 검출하고자 할 때 어떠한 신호처리 방법이 적절한가하는 선택의 문제가 발생된다. 이는 각각의 신호처리방법이 장단점을 가지므로 응용목적에 따른 trade-off가 필요하기 때문이다. 본 연구에서는 참조 간섭계와 센서 간섭계 간의 correlation으로부터 위상을 검출하여 시스템의 잡음을 common mode 잡음으로 처리할 수 있었으며, 디지털 신호처리기법을 응용하여 짧은 공진기로 구성된 센서 간섭계의 위상변화분을 보다 안정적으로 검출하게 되었다.
위상편이 회절격자 간섭계의 회절격자는 간섭을 일으키는 측정광과 기준광을 분할하고, 재결합하여 간섭무늬를 생성하고, 또한 위상을 편이시키는 다양한 용도로 사용되는 핵심부품이다. 위상편이 회절격자 간섭계는 회절격자에서 회절되는 다양한 회절차수의 광들을 측정광과 기준광으로 선정하고 서로 간섭시켜 간섭무의를 얻을 수 있는데, 그 회절차수와 사용하는 회절격자의 형상에 따라서 측정광과 기준광의 효율이 달라져서 간섭무늬의 가시도가 달라진다. 본 논문에서는 두 가지 위상편이 회절격자 간섭계에서 측정광과 기준광의 상대적인 효율을 격자에서 일어나는 회절현상의 전자기학적인 수치모사를 통해 산출해내어 각 간섭계에 최적인 회절격자의 형상을 선정한다.
반점 간섭무늬 위상단면도의 잡음을 제거하기 위해 위상이동 convolution과 2-bit 양자화 스무딩 필터를 조합하였다. 위상이동 convoltion처리로 톱니파 형태를 갖는 반점 간섭무늬 위상단면도에서 2.pi. jump 양단의 edge 성분을 완벽하게 유지하면서 스무딩 처리를 할 수 있었다. 2-bit 양자화 스무딩 필터는 반점 간섭무늬 위상단면도의 스무딩 처리를 하는데 있어서 average, low-pass 필터 및 median 필터 보다 처리속도가 빠르고 S/N비 특성이 우수하였다. 잡음을 제거한 반점 위상단면도를 path dependent unwrapping 알고리즘을 적용하여 위상의 2.pi. 불연속성을 해소하고 펼쳐 보았다.
광 간섭계는 광을 이용한 다양한 계측분야에 사용된다. 일반적인 광 간섭계의 지연단은 기계적인 광지연에 의해 저속이며, 시스템 구성상 안정성이 떨어지게 된다. 본 논문에서는 기존의 광간섭계 지연단의 기계적 방식을 배제한 광위상 변조기를 이용한 지연단을 설계하고 그 특성을 분석하였다. 제안된 광 간섭계는 1310nm 10GHz의 반복율을 갖는 광원과 광위상변조기를 이용한 전(全) 광섬유 형태로 안정한 구성을 하였다. 구성된 광간섭계는 광위상 변조기의 변조 전압, 변조 주파수의 변화에 의해 광지연시간의 쉬운 변조가 가능하였으며 최대 20ps 의 광지연시간을 얻을 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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