• - 초고속·초정밀 펄스비행시간 센서 기술
  

전류 펄스를 이용한 빛 펄스 비행시간 측정 기술 개념도.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 김정원 교수 연구팀이 거리 측정에 활용할 수 있는 초고속, 초정밀의 펄스비행시간(TOF) 센서 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

이 새로운 펄스비행시간 센서 기술을 이용하면 수소 원자 2개의 크기보다도 작은 180 피코미터(55억분의 1미터) 정도의 위치 차이도 200분의 1초 만에 정확하게 측정할 수 있다.

기존 고성능 거리 측정기술은 분해능 성능이 떨어지거나 좁은 측정범위, 측정 속도가 느리다는 한계를 지니고 있다.

연구팀은 이러한 한계들을 극복하기 위해 새로운 방식의 펄스비행시간 센서를 제안했다. 펄스 레이저에서 발생한 빛 펄스와 광다이오드로 생성한 전류 펄스 사이의 시간 차이를 전광 샘플링 기법을 이용해 측정했다.

이때 빛 펄스와 전류 펄스 간의 시간 오차가 100 아토초(1경분의 1초) 정도로 매우 적어, 빠른 속도로 나노미터 이하의 거리 차이도 정밀하게 측정할 수 있다.

또한 전류 펄스의 길이가 수십 피코초 이상으로 길어 밀리미터 이상의 측정 범위가 동시에 가능하다.

연구팀은 새로운 펄스비행시간 기술을 이용해 고분해능 3차원 형상 이미징 기술을 시연했고, 지진파나 화산 활동 측정과 같이 미세한 변형을 측정하는 데 활용할 수 있는 고정밀 변형률 센서도 구현했다.

김 교수는 “이 기술을 이용해 기존에는 관측하지 못했던 마이크로 소자 내에서의 비선형적인 움직임과 같은 복잡하고 빠른 동적 현상들을 실시간으로 측정하고 규명하는 것이 목표”라고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 포토닉스’ 2월 10일자에 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com