초록 ▼

■ LRF(Laser Range finder) 레이저 헤드 모듈 개발
- 레이저 매질: Nd:YAC(${\o}2㎜$, length:30㎜, ${\lambda}$:1.064㎛, energy:50-60mJ)
- Pumping Flash lamp: ${\o}3㎜$, length:52㎜, 크세논(Xenon)
- Reflector: 펌핑 효율을 높이기 위한 금도금
- 공랭을 위한 방열판 제작
■ OPO를 이용한 eye-safe 레이서 거리측정기 광학계 개발

■ LRF(Laser Range finder) 레이저 헤드 모듈 개발
- 레이저 매질: Nd:YAC(${\o}2㎜$, length:30㎜, ${\lambda}$:1.064㎛, energy:50-60mJ)
- Pumping Flash lamp: ${\o}3㎜$, length:52㎜, 크세논(Xenon)
- Reflector: 펌핑 효율을 높이기 위한 금도금
- 공랭을 위한 방열판 제작
■ OPO를 이용한 eye-safe 레이서 거리측정기 광학계 개발
- 펄스 생성을 위한 Active Q-switched 적용
- OPO(optical parametric oscillator)는 $5{\times}5{\times}10(㎜)$의 BBO 크리스탈 적용
- 송광부 광학계 10 배율의 빔 익스팬더를 적용하여 1mrad의 화대 평행 레이저 펄스 생성
- eye-safe 영역(1.54㎛) 파장대 발진
- 수광부 광학계 ${\o}50㎜$렌즈적용(AR coating at 1.54㎛)
- 목표물 확인을 위한 4배율 망원경 장착
■ 타임 카운터 장치 개발
- PIN 및 APD를 이용한 신호검출
- 320㎒ 카운터 클럭이 가능한 수정 발진기(quartz oscillator) 사용
- 1회 측정시 산란되어 수신된 8개의 신호를 각각 계산하여 저장
- 세팅 모드를 통해 최대 측정 범위, 측정 주기 조정, offset 거리 설정 가능
- 시간이 경과할수록 이득을 점차 높여주는 TPG(time programmed gain)을 적용하여 근거리 공기중의 입자에 의한 오측점률을 줄임
■ LRF 성능 실험 및 분석
- 출력 에너지 9mJ 이상 획득, 펄스폭 23㎱, 빔 확산각 <1mrad
- 최대측정거리 3.7㎞ 측정 성공

Abstract ▼

As the application of a LRF (Laser Range Finder), initially developed for the military purpose, has been extended, the necessity of precise measurement for long distance has increased. In recent, the necessity of LRF is significantly increased in application of military, aviation, space, and science

As the application of a LRF (Laser Range Finder), initially developed for the military purpose, has been extended, the necessity of precise measurement for long distance has increased. In recent, the necessity of LRF is significantly increased in application of military, aviation, space, and science due to its accuracy and high speed. LRF is a rapid and non-contact measurement and it is a smart tool to measure moving target and high-temperature object.
We can obtain the distance by multiplying the return time from the target after emitting the laser pulse with 20ns or less into the velocity of light. This is the working principle of LRF. Pulse-echo techniques can be used for measuring from tens of meters to hundreds of kilo meters. Ruby laser was used as laser source for its initial stage. Nowadays, Nd:YAG laser with 1.0㎛ wavelength is widely used because of its relatively small size and high output energy. However, there is critical limit of the wavelength available because its wavelength can be harmful to the retina of human eyes. Therefore, the lasers using the wavelength in the eye-safe region, such as CO2 laser of 10.6㎛, Raman shifted Nd:YAG laser of 1.54 ㎛, and the erbium laser are recently used for the LRF. In particular, the fabrication of the LRF using OPO (optical parametric oscillator) has become hot issue in research field of LRF.
In this project, we have developed the eye-safe LRF system of 1.54 ㎛ wavelength using OPO. The maximum measured distance was 3.7㎞ in outdoor experiment. We used Nd:YAG (1064㎚) as a laser medium. It was applied BBO to construct the system. We also developed a time-counter for the range finder using a method of TOF (time of flight). The counter-clock used at the time counter was.320㎒ making resolution within ±1m. Start and stop signals were detected by two channel systems using PIN and APD. Especially, APD, a high sensitive receiver, used for the stop signal detection was applied to a range finder. It can solve noise problems and extend the maximum distance for measurement. The LRFs repetition rate was 4 times per minute. The energy was measured to be over 9mJ. And, pulse-duration was 23㎱. Resolution was ${\pm}2m$ at the distance measurement using a target. We had developed the fundamental technologies and the core technologies for eye-safe LRF through this project.
If the fabrication method of wavelength tuned LRF using OPO can be applied to the range finder, it would be a fundamental and key technology of the small, compact eye-safe range finder in the application of military, aviation, space, and science in future.

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...2
• 보고서 초록 ...3
• 요약문 ...4
• SUMMARY ...7
• CONTENTS ...8
• 목차 ...10
• 제 1 장 연구개발과제의 개요...12
• 제 1 절 연구개발의 목적...12
• 제 2 절 연구의 필요성...13
• 제 3 절 연구개발 범위...14
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...17
• 제 1 절 국외의 기술개발 현황...17
• 제 2 절 국내의 기술개발 현황...19
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...21
• 제 1 절 Eye-safe 레이저...21
• 제 2 절 OPO 파장변환 원리 및 적용...25
• 제 3 절 레이저 발진부 개발 및 광학계 설계...31
• 제 4 절 송수신 신호 검출...39
• 제 5 절 타임카운터 장치 개발...43
• 제 6 절 전원공급장치...48
• 제 7 절 LRF 거리측정 실험 및 성능평가...49
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...53
• 제 1 절 연도별 목표달성도...53
• 제 2 절 관련분야 기술발전에의 기여도...56
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...57
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...59
• 제 1 절 마이크로 레이저 거리측정기 제작 기술...59
• 제 2 절 어븀 레이저를 이용한 거리측정기...61
• 제 7 장 참고문헌...63
• 첨부...66
• 1. 거리측정기 주요광학계 도면...67
• 2. 거리측정기 타임 카운터 회로도면...78
• 3. LRF 메뉴얼...82
• 4. 폴란드 연구결과 발표자료...87
• 5. KIMM 연구결과 발표자료...141