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새로운 적응 레이저 측정 기술 개발

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작성자 관리자 조회 16,363회 작성일 14-09-17 13:09

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새로운 적응 레이저 측정 기술 개발

기존 레이저 간섭계의 단점을 극복한 디자인

 

 

 

 

적응 광학 시스템의 개발은 급속히 성장하는 분야이다. 적응 광학 시스템은 세 개의 성분으로 구성 되어 있다. 그것들은 광학 파면을 포획하는 센서와 전기 제어 유닛 그리고 왜곡된 광파면을 보정하는 광변조기이다. 변형 가능한 거울, 마이크로 거울 어레이 또는 액체 어레이가 종종 광변조기로 사용 된다. 비록 적응 광학 시스템은 지금까지 대부분 천체 물리학 분야에 사용되고 있지만, 이 시스템은 현재 레이저 측정 기술을 위한 방법을 개발되고 있다.


이제 독일 드레스덴 기술 대학의 연구진은 다양한 프로그램 가능한 포토닉스 디바이스를 이용하여 두 개의 새로운 스마트 레이저 측정 기술을 개발하였다. 이들이 개발한 공초점 현미경 기술 (confocal microscopy technique)의 속도와 민첩함은 생의학 및 다른 분야 응용을 위해 향상될 수 있다. 적응 광학과 능동 광학의 천문학 응용은 이미 거대 지구 기반 망원경의 르네상스 시대를 열어 가고 있다. 이런 경우에서, 적응 광학은 광회절 한계에 도달한 각 분해능에 대한 광경로의 광학적 왜곡을 보정하는 데 사용된다. 이런 왜곡은 빛이 대기를 통해서 진행하면서 광경로의 난류적인 요동에 의해서 야기된다.


현재 계획된 유럽 거대 망원경은 주거울 직경이 39미터에 달할 것이다. 6000개 이상의 액추에이터는 변형 가능한 거울을 만드는데 사용되어 1마이크로초 이상의 시간적 분해능으로 광요동을 보정해 줄 수 있을 것이다. 천문학 분야 이외의 적응 광학은 자유 공간 통신을 위한 레이저 시스템, 레이저 재료 가공, 리소그라피, 그리고 바이오의학 현미경을 포함한다. 그에 더하여, 안과학에서 적응 광학을 이용 하여 눈의 망막 세포를 분해 하고자 한다. 이런 것은 눈 안의 수차 보정에 기반 한다. 이런 방법은 심장 질환을 초기에 검출하는 메커니즘을 제공하여 줄 수 있다.


전통적인 공초점 현미경에서, 축 측정 위치는 기계적으로 주사된다. 그러나 전기적으로 조율될 수 있는 렌즈는 현재 이용 가능하고 기계적 움직임 없이 주사될 수 있는 기회를 제공한다. 이런 렌즈를 포함하는 시스템은 더 작고, 더 가볍고 더 높은 조율 속도와 유연성을 가지도록 만들어질 수 있다. 이들 연구진의 시스템으로 깊이 정보를 얻기 위해서, 연구진은 피에조전기 액추에이터에 전압을 인가 함으로써 축 측정 위치를 조율하였다. 연구진은 렌즈 통합 압력 센서를 이용하여 피에조전기 기술의 히스테리시스를 보정하였다.


이를 통해서 초점 거리를 정확하게 제어하고 렌즈의 신뢰성을 향상시키고 현미경의 전체 성능도 향상 시켰다. 연구진은 그들의 새로운 공초점 현미경으로 고분해능 측정을 보장할 수 있는 고정된 초점 길이의 렌즈로 전기적으로 조율될 수 있는 렌즈를 결합하였다. 일부 측정의 예는 첨부 그림 2에 보여 지고 있다. 연구진 현미경의 성능은 이 이미지에 묘사되고 있다. 공초점 현미경에서 전기적으로 조율 될 수 있는 렌즈의 사용은 신속하고, 휴대용이며, 민첩한 디바이스를 제작할 수 있는 가능성을 제공 하여 준다.

 

 


연구진은 그들의 두 번째 새로운 기술이 유체 동역학 응용을 위해서 기존의 레이저 간섭계의 단점을 극복하기 위해서 디자인되었다고 말하였다. 투과된 레이저 빔은 다른 굴절률을 가진 매체 사이에서 경계면 요동 때문에 왜곡될 수 있다. 제트 흐름에서 박막 흐름에 이르기까지 이런 왜곡의 일시적인 요동은 레이저 간섭계의 저하를 야기시키며, 측정 불확실성을 높이거나 성공적인 측정을 불가능하게 만든다. 이들 연구진의 적응 간섭계 기술로 급속하게 요동치는 위상 경계 뒤의 유체 흐름 속도 측정을 가능하게 할 수 있다.


연구진은 다양한 프로그램 가능한 포토닉스 디바이스를 사용하여 새로운 스마트 레이저 측정 기술을 개발하였다. 이들의 공초점 현미경 기술의 속도와 민첩함은 바이오메디컬 및 다른 응용을 위해서 향상 될 수 있다. 이들 연구진의 다음 단계는 그들이 사용하는 적응 렌즈의 수차를 줄이는 것이다. 이것은 궁극적으로 현미경의 이미지 품질을 높이게 될 것이다.


연구진의 적응 간섭계는 요동하는유체 경계면을 통해 유체 흐름 속도 측정를 측정하는데 사용될 수 있다. 이 기술은 냉각 액체 박막의 기초적 대류 과정을 이해하는데 유용할 것이다. 연구진은 동역학 적으로 큰 수차를 보정함으로써 간섭계를 향상시킬 계획이다. 연구진은 적응 광학이 이제 다른 측정 응용에 사용될 것으로 예상하고 있다.

 










  < 발췌 (본문 및 그림) : KISTI 미리안>


 
http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?record_no=249393&cont_cd=GT
 





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