원자 크기 수준 차이를 정확하게 측정하는 초정밀 센서 기술이 국내에서 개발됐다.
한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)은 김정원 기계공학과 교수팀이 펄스 레이저와 전광 샘플링 기법을 거리 측정에 활용하는 초고속 초정밀 펄스비행시간(TOF) 센서 기술 개발에 성공했다고 12일 밝혔다.
TOF 센서는 빛 펄스가 전송된 후 반사돼 돌아올 때까지 시간을 이용해 거리를 측정하는 센서다. TOF는 미터단위 측정 거리를 갖지만, 그만큼 분해능 성능이 떨어진다. 반면에 간섭계 기술은 나노미터(㎚) 수준 분해능 갖지만, 측정범위는 마이크로미터(㎛) 수준이다. 이들 모두 측정 속도가 느리다는 한계 있다.
연구팀은 완전히 새로운 TOF 센서를 제안했다. 펄스 레이저에서 발생한 빛 펄스와 광다이오드로 생성한 전류 펄스 사이의 시간 차이를 전광 샘플링 기법을 이용해 측정했다. 전광 샘플링은 전기 신호 전기장을 폭이 피코초 이하로 짧은 빛 펄스로 샘플링하는 기법이다.
연구팀은 이를 이용해 고분해능 3차원 형상 이미징 기술을 시연했고, 지진파나 화산 활동 측정과 같이 미세한 변형을 측정하는데 활용할 수 있는 고정밀 변형률 센서도 구현했다. 1초에 1억번 진동하는 물체 위치도 측정 가능함을 선보였다.
김 교수는 “이 기술을 이용해 마이크로 소자 내 비선형적인 움직임과 같은 복잡하고 빠른 동적 현상을 실시간으로 측정하고 규명하는 것이 다음 목표”라고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
