KR20200099928A - 다채널 광 위상 검출기, 이를 포함하는 다채널 센싱 시스템 및 다중 레이저 동기화 시스템 - Google Patents

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Abstract

다채널 센싱 시스템으로서, 펄스 레이저로부터 출력된 광 펄스를 복수의 채널들로 파장분할하고, 파장분할되어 생성된 복수의 광 파장 펄스들 각각을 다채널 경로 중에서 채널별로 할당된 채널 경로로 전송하며, 상기 다채널 경로를 지나온 상기 복수의 광 파장 펄스들을 다중화하여 출력하는 다채널 센서 연결 장치, 그리고 상기 다채널 센서 연결 장치에서 출력된 광 신호와 상기 펄스 레이저에 동기화된 기준 신호를 입력받고, 전광 샘플링을 통해 상기 광 신호에 포함된 상기 복수의 광 파장 펄스들 각각과 상기 기준 신호의 타이밍 오차에 해당하는 채널별 전기 신호를 검출하는 다채널 광 위상 검출기를 포함한다. 상기 다채널 경로 중 적어도 하나의 채널 경로에 센서가 연결된다.

Description

다채널 광 위상 검출기, 이를 포함하는 다채널 센싱 시스템 및 다중 레이저 동기화 시스템{MULTI-CHANNEL OPTICAL PHASE DETECTOR, MULTI-CHANNEL SENSING SYSTEM AND MULTI-LASER SYNCHRONIZATION SYSTEM}
본 발명은 광 펄스의 비행 시간(time-of-flight, TOF)을 이용한 물리량 측정 기술에 관한 것이다.
광 펄스의 비행 시간(Time-of-flight, TOF)을 측정하여 측정 대상의 물리량(예를 들면, 거리)을 획득하고 측정 대상을 이미징할 수 있다. 이러한 센싱 및 이미징 기술은 제4차 산업혁명 시대의 중요한 기반 기술이다. 비행 시간 기반 센서는 거리 측정과 이미징에 활용되는 전통적인 센서로서, 대표적으로 레이더(Radar), 라이다(LIDAR), 초음파 검사(Ultrasonic Detection)에서 사용된다.
하지만 비행 시간으로 거리를 측정하는 기술은 측정 범위와 분해능 사이에서 타협된 성능을 가질 수 밖에 없는 한계가 있다. 예를 들어 간섭계(interferometer) 기반 측정 기술은 반송파 주파수(carrier frequency) 영역에서 수십 피코초에서 나노초 수준의 초고분해능 측정이 가능한 반면, 구분 가능한 연속 측정 범위(Non-ambiguity range)가 매우 좁다. 반면 펄스 신호 기반 측정 기술은 미터 수준의 넓은 범위 측정이 가능하지만 제한된 측정 분해능을 보인다.
또한, 지금까지의 센싱 시스템은 단일한 센서의 비행 시간을 측정할 수 있고, 다수 센서들의 비행 시간을 측정하기 위해서는 복수의 센싱 시스템이 구축되어야 한다. 따라서, 다수 센서들의 비행 시간을 측정하기 위한 시스템이 복잡하고, 비용이 증가하는 한계가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광 펄스를 파장분할하여 서로 다른 파장의 광 파장 펄스들을 생성하고, 센서 연결된 복수 채널 경로들을 지나는 광 파장 펄스들의 비행 시간을 한꺼번에 측정하는 다채널 센싱 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다채널 광 위상 검출기를 통해 복수의 레이저들을 동기화하는 시스템을 제공하는 것이다.
한 실시예에 따른 다채널 센싱 시스템으로서, 펄스 레이저로부터 출력된 광 펄스를 복수의 채널들로 파장분할하고, 파장분할되어 생성된 복수의 광 파장 펄스들 각각을 다채널 경로 중에서 채널별로 할당된 채널 경로로 전송하며, 상기 다채널 경로를 지나온 상기 복수의 광 파장 펄스들을 다중화하여 출력하는 다채널 센서 연결 장치, 그리고 상기 다채널 센서 연결 장치에서 출력된 광 신호와 상기 펄스 레이저에 동기화된 기준 신호를 입력받고, 전광 샘플링을 통해 상기 광 신호에 포함된 상기 복수의 광 파장 펄스들 각각과 상기 기준 신호의 타이밍 오차에 해당하는 채널별 전기 신호를 검출하는 다채널 광 위상 검출기를 포함한다. 상기 다채널 경로 중 적어도 하나의 채널 경로에 센서가 연결된다.
상기 다채널 센서 연결 장치는 파장분할다중화 기반으로 입력된 광 펄스를 파장분할하는 역다중화기, 파장분할되어 생성된 상기 복수의 광 파장 펄스들이 지나는 다채널 경로, 그리고 상기 다채널 경로를 지나온 상기 복수의 광 파장 펄스들을 다중화하는 다중화기를 포함할 수 있다.
상기 다채널 광 위상 검출기는 상기 복수의 광 파장 펄스들이 다중화된 광 신호를 입력받고, 입력 광 신호와 기준 신호의 타이밍 오차 정보를 포함하는 제1 광 신호와 제2 광 신호를 출력하는 오차 검출기, 그리고 상기 제1 광 신호를 상기 복수의 채널들로 파장분할하는 제1 역다중화기, 상기 제2 광 신호를 상기 복수의 채널들로 파장분할하는 제2 역다중화기, 그리고 상기 복수의 채널들 각각에 대응하는 복수의 균형 광 검출기들을 포함할 수 있다. 각 균형 광 검출기는 상기 제1 역다중화기와 상기 제2 역다중화기 각각에서 채널별로 출력된 광 신호들을 입력받고, 입력받은 두 광 신호들의 세기 차이에 해당하는 전기 신호를 출력할 수 있다.
상기 오차 검출기는 광 루프 기반 광-마이크로파 위상 검출기(fiber loop-based optical-microwave phase detector, FLOM-PD), 3x3 커플러 기반 위상 검출기, 또는 균형 광-마이크로파 위상 검출기(Balanced optical-microwave phase detector, BOM-PD)로 구현될 수 있다.
상기 다채널 광 위상 검출기는 검출한 상기 채널별 전기 신호 중에서, 기준 채널에서 검출된 전기 신호를 RF 신호원의 동기화 신호로 전달할 수 있다. 상기 RF 신호원은 상기 다채널 광 위상 검출기로부터 피드백된 상기 동기화 신호를 기초로 상기 펄스 레이저에서 출력되는 광 펄스와의 오차를 보상하고, 상기 펄스 레이저에 동기화된 상기 기준 신호를 출력할 수 있다.
상기 다채널 센싱 시스템은 마이크로파를 출력하는 RF 신호원, 그리고 상기 펄스 레이저에서 출력된 광 펄스열과 상기 마이크로파의 오차에 해당하는 전기 신호를 검출하고, 검출한 전기 신호를 상기 RF 신호원의 동기화 신호로 전달하는 동기화용 광 위상 검출기를 더 포함할 수 있다. 상기 RF 신호원은 상기 동기화용 광 위상 검출기로부터 피드백된 상기 동기화 신호를 기초로 상기 펄스 레이저에서 출력되는 광 펄스와의 오차를 보상하고, 상기 펄스 레이저에 동기화된 상기 기준 신호를 출력할 수 있다.
상기 다채널 경로에 복수의 센서들이 병렬로 연결되고, 상기 채널별 전기 신호는 해당 채널에 연결된 센서의 측정 물리량으로 환산될 수 있다.
상기 펄스 레이저와 상기 다채널 광 위상 검출기를 연결하는 광 경로의 복수의 노드들에 상기 다채널 광 위상 검출기가 배치될 수 있다. 상기 다채널 광 위상 검출기는 상기 복수의 노드들을 지나온 복수의 광 파장 펄스들이 포함된 광 신호를 입력받을 수 있다.
다른 실시예에 따른 다중 레이저 동기화 시스템은, 기준 신호를 출력하는 RF 신호원, 복수의 레이저들로부터 각 레이저에 지정된 서로 다른 채널 파장으로 추출된 복수의 광 파장 펄스들을 입력받고, 상기 복수의 광 파장 펄스들을 다중화하여 출력하는 다중화기, 상기 다중화기에서 출력된 광 신호와 상기 기준 신호를 입력받고, 전광 샘플링을 통해 상기 복수의 레이저들에서 출력된 상기 복수의 광 파장 펄스들 각각과 상기 기준 신호의 타이밍 오차에 해당하는 레이저별 전기 신호를 검출하고, 검출한 상기 레이저별 전기 신호를 해당 레이저로 전달하여 오차 보상하는 다채널 광 위상 검출기를 포함한다.
상기 다채널 광 위상 검출기는 상기 복수의 광 파장 펄스들이 다중화된 광 신호를 입력받고, 입력 광 신호와 상기 기준 신호의 타이밍 오차 정보를 포함하는 제1 광 신호와 제2 광 신호를 출력하는 오차 검출기, 상기 제1 광 신호를 상기 복수의 레이저들에 지정한 복수의 채널들로 파장분할하는 제1 역다중화기, 상기 제2 광 신호를 상기 복수의 채널들로 파장분할하는 제2 역다중화기, 그리고 상기 복수의 레이저들 각각의 타이밍 오차를 전기 신호로 출력하는 복수의 균형 광 검출기들을 포함할 수 있다. 각 균형 광 검출기는 상기 제1 역다중화기와 상기 제2 역다중화기 각각에서 채널별로 출력된 광 신호들을 입력받고, 입력받은 두 광 신호들의 세기 차이에 해당하는 전기 신호를 출력할 수 있다.
상기 오차 검출기는 광 루프 기반 광-마이크로파 위상 검출기(fiber loop-based optical-microwave phase detector, FLOM-PD), 3x3 커플러 기반 위상 검출기, 또는 균형 광-마이크로파 위상 검출기(Balanced optical-microwave phase detector, BOM-PD)로 구현될 수 있다.
다른 실시예에 따른 다채널 센싱 시스템은 기준 신호를 출력하는 RF 신호원, 서로 다른 파장의 광 파장 펄스들이 다중화된 광 신호를 입력받고, 입력 광 신호와 상기 기준 신호의 타이밍 오차 정보를 포함하는 제1 광 신호와 제2 광 신호를 출력하는 오차 검출기, 상기 제1 광 신호를 복수의 채널들로 파장분할하는 제1 역다중화기, 상기 제2 광 신호를 상기 복수의 채널들로 파장분할하는 제2 역다중화기, 그리고 상기 복수의 채널들 각각에 대응하고, 상기 제1 역다중화기와 상기 제2 역다중화기 각각에서 채널별로 출력된 광 신호들을 입력받고, 입력받은 두 광 신호들의 세기 차이에 해당하는 전기 신호를 출력하는 복수의 균형 광 검출기들을 포함한다.
상기 다채널 센싱 시스템은 펄스 레이저로부터 출력된 광 펄스를 상기 복수의 채널들로 파장분할하여 상기 광 파장 펄스들을 생성하고, 파장분할되어 생성된 상기 광 파장 펄스들 각각을 다채널 경로 중에서 채널별로 할당된 채널 경로로 전송하며, 상기 다채널 경로를 지나온 상기 복수의 광 파장 펄스들을 다중화하여 출력하는 다채널 센서 연결 장치를 더 포함할 수 있다. 상기 다채널 센서 연결 장치에서 출력된 광 신호가 상기 오차 검출기로 입력되고, 상기 다채널 경로 중 적어도 하나의 채널 경로에 센서가 연결될 수 있다.
각 균형 광 검출기에서 출력되는 전기 신호는 대응 채널의 파장을 가지는 광 파장 펄스의 비행 시간에 해당할 수 있다.
상기 다채널 센싱 시스템은 복수의 레이저들로부터 각 레이저에 지정된 서로 다른 채널 파장으로 추출된 상기 광 파장 펄스들을 입력받고, 상기 광 파장 펄스들을 다중화하여 출력하는 다중화기를 더 포함할 수 있다. 상기 다중화기에서 출력된 광 신호가 상기 오차 검출기로 입력될 수 있다.
각 균형 광 검출기에서 출력되는 전기 신호는 대응하는 채널의 레이저로 전달될 수 있다. 상기 복수의 레이저들 각각은 대응하는 균형 광 검출기로부터 피드백된 전기 신호를 기초로 상기 RF 신호원과의 오차를 보상하고, 상기 RF 신호원에 동기화된 광 펄스열을 출력할 수 있다.
실시예에 따르면 파장분할로 다채널 경로를 생성하고, 각 채널 경로에 연결된 센서 각각의 비행 시간(타이밍 오차)을 한꺼번에 측정할 수 있다.
실시예에 따르면 특정 파장 채널에서 전송되는 광 파장 펄스의 타이밍 오차를 기초로 기준 신호를 동기화할 수 있으므로, 단일한 광 위상 검출기로 기준 신호 동기화 및 다채널 타이밍 오차 검출을 할 수 있다.
실시예에 따르면 피코초 미만의 초단 광펄스의 레이저 광원을 이용하여 성능저하 없이 다채널 측정을 할 수 있고, 높은 분해능 및 넓은 측정 범위를 제공할 수 있다.
실시예에 따르면 단일한 기준 신호원을 이용하여 복수의 레이저들을 동기화할 수 있다.
도 1은 광 펄스의 비행 시간 검출 방법을 개념적으로 설명하는 도면이다.
도 2는 펨토초 모드잠금 레이저의 시간 영역 및 스펙트럼 영역 특성을 나타내는 도면이다.
도 3은 한 실시예에 따른 다채널 센싱 시스템의 개략적인 구조도이다.
도 4는 한 실시예에 따른 다채널 센서 연결 장치의 구조도이다.
도 5는 한 실시예에 따른 다채널 광 위상 검출기의 구조도이다.
도 6과 도 7 각각은 실시예에 따른 펄스 레이저와 RF 신호원의 동기화를 설명하는 도면이다.
도 8은 한 실시예에 따른 복수의 다채널 센서 연결 장치들을 포함하는 다채널 센싱 시스템을 설명하는 도면이다.
도 9는 한 실시예에 따른 다채널 센싱 시스템의 성능을 나타내는 그래프이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 다채널 광 위상 검출기를 이용한 다중 레이저 동기화 시스템의 개략적인 구조도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 타이밍 오차, 위상 오차, 그리고 비행 시간을 혼용하여 사용할 수 있다.
명세서 전체에서, 파장분할된 광 펄스를 구분하기 위해, 광 펄스 중 특정 파장의 펄스를 "광 파장 펄스"라고 부른다.
도 1은 광 펄스의 비행 시간 검출 방법을 개념적으로 설명하는 도면이다.
도 1을 참고하면, 광 펄스의 비행 시간은 동기화된 기준 신호를 이용하여 검출된다. 기준 신호는 예를 들면, 전압 제어 발진기(voltage controlled oscillator, VCO)에서 출력되는 마이크로파일 수 있고, 마이크로파는 레이저의 광 펄스열(reference pulses)에 동기화된다.
비행 시간이 반영된 광 펄스열(interrogating pulses)은 동기화된 마이크로파와 타이밍 오차(위상 오차)가 발생한다. 광 펄스와 마이크로파의 타이밍 오차는 광 위상 검출기를 이용하여 측정된다.
도 2는 펨토초 모드잠금 레이저의 시간 영역 및 스펙트럼 영역 특성을 나타내는 도면이다.
도 2를 참고하면, 펄스 레이저 중 펨토초 모드 잠금 레이저는, 매우 짧은 펄스폭(
Figure pat00001
)과 낮은 타이밍 지터(timing jitter)로 우수한 시간 분해능을 가진다. 또한 펨토초 모드 잠금 레이저는 넓은 스펙트럼을 파장분할하여 다채널을 생성할 수 있다. 펄스와 펄스 사이의 시간 간격(주기, Trep)이 수 ns에서 수십 ns인 펄스열이 출력되는 경우, 주기의 역수인 반복률(repetition rate, frep)은 수백 MHz에서 수 GHz가 된다.
본 발명에 따르면, 광 펄스는 스펙트럼 영역에서 각 채널로 파장분할되고, 특정 파장 성분의 광 파장 펄스가 지정된 채널 경로로 진행된다.
도 3은 한 실시예에 따른 다채널 센싱 시스템의 개략적인 구조도이고, 도 4는 한 실시예에 따른 다채널 센서 연결 장치의 구조도이다.
도 3을 참고하면, 다채널 센싱 시스템(10)은 펄스 레이저(100), RF 신호원(200), 적어도 하나의 다채널 센서 연결 장치(300), 그리고 다채널 광 위상 검출기(multi-channel optical phase detector)(400)를 포함한다. 다채널 센싱 시스템(10)은 다채널 광 위상 검출기(400)의 채널별 출력 신호를 해당 센서의 측정 물리량으로 환산하는 컴퓨팅 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.
펄스 레이저(100)는 광 펄스를 주기적으로 출력한다. 펄스 레이저(100)는 모드 잠금 레이저(mode-locked laser, MLL)일 수 있다. 펄스 레이저(100)는 펨토초 스케일의 매우 짧은 광 펄스를 발생시키는 펨토초 레이저일 수 있으나, 레이저 종류는 달라질 수 있다.
RF 신호원(200)은 펄스 레이저(100)의 광 펄스열에 동기화된 기준 신호를 출력한다. 기준 신호의 주파수(fo)는 광 펄스 반복률의 정수 배(n * frep)일 수 있다. 기준 신호의 주파수를 높여, 다채널 광 위상 검출기의 분해능을 높일 수 있다.
RF 신호원(200)이 외부 독립된 신호원인 경우, RF 신호원(200)의 위상을 펄스 레이저(100)의 반복률에 동기화하는 것이 필요하다. 도 1에서 설명한 바와 같이, 마이크로파의 영점 교차점을 펄스 레이저(100)의 광 펄스열에 동기화하는 회로는 다양하게 설계될 수 있다. 한 실시예에 따르면, RF 신호원(200)은 별도의 동기화용 광 위상 검출기에서 출력된 피드백 신호를 기초로 펄스 레이저(100)의 광 펄스와 출력 마이크로파의 위상 차이(타이밍 오차)를 보상할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, RF 신호원(200)은 다채널 광 위상 검출기(400)로부터 기준 채널에서 출력된 오차 정보를 피드백받고, 피드백 신호를 기초로 펄스 레이저(100)의 광 펄스와 출력 신호의 위상 차이(타이밍 오차)를 보상할 수 있다.
RF 신호원(200)은 파형을 일정하게 출력하는 신호 발생기로서, 펄스 레이저(100)의 반복률에 위상 동기화된 신호를 발생하는 다양한 종류의 신호원이 사용될 수 있다. 예를 들면, RF 신호원(200)은 마이크로파를 출력하는 전압 제어 발진기(voltage controlled oscillator, VCO)나 전기 펄스(electric pulses)를 출력하는 광 다이오드(photodiode) 등을 포함할 수 있다. RF 신호원(200)으로 VCO를 예로 들어 설명하나, RF 신호원(200)이 VCO로 한정되는 것은 아니고, 또한 기준 신호를 정현파(sine wave)로 설명하나, 기준 신호의 파형이 정현파로 한정되는 것은 아니다.
다채널 센서 연결 장치(300)는 펄스 레이저(100)와 다채널 광 위상 검출기(400)를 연결하는 광 경로에 적어도 하나 배치된다. 다채널 센서 연결 장치(300)는 펄스 레이저(100)로부터 출력된 광 펄스열을 파장분할하여 해당 채널 경로로 전달하고, 채널 경로들을 지나온 광 파장 펄스들을 단일 광 섬유를 통해 다채널 광 위상 검출기(400)로 전달한다. 이때, 각 채널의 광 파장 펄스는 서로 다른 채널 경로를 지나기 때문에, 동기화된 기준 신호에 대해 서로 다른 타이밍 오차(
Figure pat00002
)가 발생한다.
도 4를 참고하면, 다채널 센서 연결 장치(300)는 파장분할다중화(wavelength division multiplexing, WDM) 기반으로 광 펄스를 파장분할하는 역다중화기(Demultiplexer)(310), 파장분할된 복수의 광 파장 펄스들이 지나는 다채널 경로(330), 그리고 채널 경로들을 지나온 광 파장 펄스들을 다중화하는 다중화기(Multiplexer)(350)를 포함한다. 채널 경로들(330) 중 적어도 하나의 광 섬유에 센서가 연결될 수 있고, 센서에 의해 해당 채널 경로를 지나는 광 파장 펄스의 비행 시간이 변한다. 한편, 도면에서 역다중화기(310)와 다중화기(350)가 분리된 것으로 설명하고 있으나, 파장분할다중화기가 광 파장 펄스를 전송하고, 거울(미도시) 등에 의해 반사되어 되돌아오는 광 파장 펄스를 수신하도록 구현될 수 있다. 역다중화기(310)와 다중화기(350) 각각을 송신기와 수신기로 부를 수 있다.
역다중화기(310)는 광 펄스를 스펙트럼 영역에서 각 채널의 파장으로 분할하여, 서로 다른 파장의 광 파장 펄스들을 출력한다. 다채널 경로(330)는 파장분할된 복수의 광 파장 펄스들이 지나는 광 섬유들로 구현되고, 적어도 하나의 채널 경로에 센서가 연결된다. 다중화기(350)는 분리된 채널 경로를 지나온 광 파장 펄스들을 단일 광섬유로 전달하기 위해 다중화한다.
예를 들어, 복수의 채널 경로들 중 파장
Figure pat00003
의 광 파장 펄스a가 지나는 채널 경로에 센서a가 연결되고, 파장
Figure pat00004
의 광 파장 펄스b가 지나는 채널 경로에 센서b가 연결될 수 있다. 광 파장 펄스a와 광 파장 펄스b 각각은 연결된 센서에 따라 비행 시간이 달라진다.
한편, 복수의 채널들 중 특정 파장의 채널이 기준 채널(reference channel)로 지정될 수 있다. 기준 채널에 센서를 연결하지 않음으로써, 기준 채널 경로를 지나온 광 파장 펄스c는 비행 시간 변화를 겪지 않는다. 기준 채널에서 검출된 타이밍 오차를 이용하여 RF 신호원(200)을 펄스 레이저(100)의 광 펄스에 동기화할 수 있다.
다시 도 3을 참고하면, 다채널 광 위상 검출기(400)는 다채널 센서 연결 장치(300)로부터 전송된 광 신호를 입력받는다. 광 신호는 동기화된 기준 신호에 대해 서로 다른 타이밍 오차(
Figure pat00005
)가 발생한 광 파장 펄스들을 포함한다.
다채널 광 위상 검출기(400)는 RF 신호원(200)의 기준 신호를 이용하여 광 파장 펄스들 각각의 타이밍 오차(
Figure pat00006
)를 검출한다. 이때, 다채널 광 위상 검출기(400)는 전광 샘플링(Electro-Optic sampling)으로 타이밍 오차에 비례하는 전기 신호[
Figure pat00007
]를 출력한다. 타이밍 오차에 대한 전기 신호의 변화 정보는 일정 범위의 타이밍 딜레이 조율을 통해 동기화 전후로 확인할 수 있다. RF 신호원(200)의 주파수를 조정하여 관계 그래프의 기울기를 가변할 수 있고, 주파수를 높여 보다 높은 분해능으로 타이밍 오차를 검출할 수 있다.
채널별 타이밍 오차에 해당하는 전기 신호는 채널별 균형 광 검출기(balanced photodetector)에 의해 출력될 수 있다. 균형 광 검출기는 두 개의 광 다이오드와 차동(differential) 증폭기를 통해, 두 광 다이오드로 들어온 광 신호의 세기 차이를 전기 신호로 변환하는 장치이다. 각 균형 광 검출기의 두 광 다이오드로 입력되는 두 광 신호는 역다중화기에 의해 해당 채널로 파장분할된 광 신호가 입력된다.
다채널 광 위상 검출기(400)는 기준 신호와 광 펄스의 타이밍 오차에 비례하는 전기 신호를 출력하는 다양한 기술로 구현될 수 있다. 예를 들면, 다채널 광 위상 검출기(400)는 샤냑(Sagnac) 루프 간섭계를 이용한 광 루프 기반 광-마이크로파 위상 검출기(fiber loop-based optical-microwave phase detector, FLOM-PD), 3x3 커플러 기반 위상 검출기, 균형 광-마이크로파 위상 검출기(Balanced optical-microwave phase detector, BOM-PD) 등 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 설명에서는, 광 루프의 서로 다른 방향으로 순환한 광 펄스의 간섭 현상을 이용한 광 루프 기반 광-마이크로파 위상 검출기(FLOM-PD)를 예로 들어 설명하나, 다채널 광 위상 검출기(400)가 FLOM-PD로 한정되는 것은 아니다.
다채널 광 위상 검출기(400)에서 출력된 전기 신호는 컴퓨팅 장치(미도시)의 실시간 신호처리를 통해 해당 채널의 센서의 측정 물리량으로 환산된다. 이때, 광 세기의 변화를 측정하는 방식은 별도의 데이터 프로세싱 과정 없이 즉각적인 물리량 측정/환산이 가능하기 때문에 매우 빠른 속도의 고속 측정에도 적합하다.
측정 물리량은 센서에 의해 결정된다. 다양한 센서 헤드가 연결될 수 있고 예를 들면, 광섬유의 변형률을 측정하는 변형률 센서, 자유공간에서 반사된 펄스의 비행 시간을 측정하는 거리 측정 센서로 분류할 수 있다. 변형률 센서는 FBG 기반 센서로 구현 가능한 다양한 종류의 센서들, 수중청음기(hydrophone)을 이용한 음압 센서 등을 포함할 수 있다. 거리 측정 센서는 마이크로미터 규모 구조물의 단차, 절대거리 측정, 정밀 광학스캐닝 장치를 이용한 형상 측정, 원거리 사물 이미징, 도플러 라이다 등을 포함할 수 있다.
다채널 센싱 시스템(10)은 각 채널의 신호대잡음비나 거리 등의 측정 환경을 고려하여 증폭기(amplifier) 등 광 통신에서 사용되는 장치들을 추가할 수 있음은 당연하다. 다채널 센싱 시스템(10)은 채널별 광섬유지연라인을 통해 타이밍 검출의 기준점을 조정할 수 있다.
이처럼, 다채널 센싱 시스템(10)은 높은 분해능 및 넓은 측정 범위를 제공하고, 다채널 경로에 연결된 센서들 각각의 비행 시간(타이밍 오차)을 한꺼번에 측정할 수 있다. 특히, 특정 채널의 광 파장 펄스의 타이밍 오차를 기초로 RF 신호원(200)을 광 펄스에 동기화하는 경우, 단일한 광 위상 검출기로도, RF 신호원(200) 동기화 및 복수 채널에서의 타이밍 오차를 검출할 수 있다.
다채널 센싱 시스템(10)은 피코초 미만의 초단 광펄스의 레이저 광원을 이용하여 성능저하 없이 다수 채널을 운용할 수 있고, 최소 10채널 이상 운용이 가능하다.
도 5는 한 실시예에 따른 다채널 광 위상 검출기의 구조도이다.
도 5를 참고하면, 다채널 광 위상 검출기(400)는 다채널 센서 연결 장치(300)로부터 복수의 광 파장 펄스들이 다중화된 광 신호를 입력받고, RF 신호원(200)으로부터 광 펄스열에 동기화된 기준 신호(마이크로파)를 입력받는다. 다채널 광 위상 검출기(400)는 기준 신호와 광 펄스의 타이밍(위상) 오차에 해당하는 두 방향의 광 신호를 출력하고, 각 방향의 광 신호를 파장분할한 후, 각 채널(파장)에 대한 균형 광 검출을 통해 채널별 타이밍 오차에 해당하는 전기 신호를 출력한다.
다채널 광 위상 검출기(400)는 오차(error) 검출부(410) 및 다채널 균형 광 검출부(430)를 포함한다. 오차 검출기(410)는 오차 검출 대상인 광 신호와 오차 검출 기준인 기준 신호를 입력받고, 기준 신호를 이용하여 광 펄스의 타이밍(위상) 오차에 해당하는 광 신호를 출력한다. 오차 검출기(410)는 다양하게 구현될 수 있고, 예를 들면, 샤냑(Sagnac) 루프 간섭계를 이용한 광 루프 기반 광-마이크로파 위상 검출기(FLOM-PD)일 수 있다. 광 루프 기반 광-마이크로파 위상 검출기(FLOM-PD)로 구현된 오차(error) 검출부(410)는 사냑 루프(Sagnac loop) 간섭계의 간섭 현상으로, 루프에 입력된 제1 광 펄스와 제2 광 펄스의 광 위상(optical phase) 차이에 대한 정보를 광 세기(optical intensity) 차이로 변환한다. 이후, 균형 광 검출부(430)가 광 펄스와 기준 신호의 타이밍 오차에 비례하는 전기 신호를 출력한다.
FLOM-PD로 구현된 오차 검출기(410)는 서큘레이터(circulator)(411), 그리고 루프에 구현된 커플러(413), 위상 변조기(phase modulator)(415), 그리고 사분파장(
Figure pat00008
) 바이어스(quadrature bias)(417)를 포함할 수 있다. 다채널 균형 광 검출부(430)는 제1 방향 역다중화기(431), 제2 방향 역다중화기(433), 그리고 복수의 균형 광 검출기들(435)을 포함한다.
다채널 센서 연결 장치(300)로부터 입력된 광 신호는 서큘레이터(411)를 지나 커플러(413)에 도달한다. 커플러(413)는 광 파워를 반으로 나누어 두 개의 광 펄스를 생성한 뒤, 루프의 서로 다른 방향으로 전달한다.
시계 방향 펄스는 위상 변조기(415)에 입력된다. 위상 변조기(415)는 시계 방향 펄스와 기준 신호(마이크로파)를 입력받고, 기준 신호의 전압에 비례하여 시계 방향 펄스의 위상을 변조한다. 한편, 위상 변조기(415)는 반 시계 방향 펄스의 위상을 변조하지 않고 유지한다.
시계 방향 펄스와 반시계 방향 펄스는 사분파장 바이어스(417)를 지나면서 위상 차이가
Figure pat00009
가 된다.
반 시계 방향 펄스와 시계 방향 광 펄스 각각은 루프를 순환한 뒤, 커플러(413)에서 합쳐지는데, 이때 간섭이 일어난다. 커플러(413)는 합쳐진 광 신호를 제1 방향 광 신호와 제 2 방향 광 신호로 분리한다. 커플러(413)에서 반 시계 방향 펄스와 시계 방향 광 펄스가 합쳐질 때 발생하는 간섭 현상을 이용하여 타이밍(위상) 오차가 광 세기 차이로 변환될 수 있다. 제1 방향 광 신호는 제1 방향 역다중화기(431)로 입력된다. 제2 방향 광 신호는 서큘레이터(411)를 지나 제2 방향 역다중화기(433)에 입력된다.
제1 방향 역다중화기(431) 및 제2 방향 역다중화기(433) 각각은 입력된 광 신호를 채널(파장)별로 분할한다. 제1 방향 역다중화기(431) 및 제2 방향 역다중화기(433)에서 분할된 각 채널의 광 신호들은, 복수의 균형 광 검출기들(435-1, 435-2, ,,,, 435-n) 중에서 대응하는 채널의 균형 광 검출기로 입력된다. 균형 광 검출기는 두 개의 광 다이오드로 제1 방향 역다중화기(431) 및 제2 방향 역다중화기(433)에서 분할된 해당 채널의 광 신호들을 입력받는다. 균형 광 검출기는 두 개의 광 다이오드로 입력된 광 신호 세기의 차이를 전기(전압) 신호로 변환한다.
이와 같이, 오차 검출부(410)가 복수의 광 파장 펄스들이 다중화된 광 신호와 기준 신호의 오차 정보(광 신호 세기 차이)를 출력하고, 각 균형 광 검출기(435)가 각 채널의 오차 정보에 해당하는 전기 신호를 출력한다. 전기 신호는 기준 신호의 영점 교차점으로부터 타이밍 오차에 해당하는 지점의 기준 신호 세기에 비례한 값으로 출력될 수 있다.
도 6과 도 7 각각은 실시예에 따른 펄스 레이저와 RF 신호원의 동기화를 설명하는 도면이다.
도 6을 참고하면, 다채널 센싱 시스템(10)은 동기화용 광 위상 검출기(230)를 더 포함할 수 있다.
동기화용 광 위상 검출기(230)는 동기화용 광 펄스열(Pulse 1)과 RF 신호원(200)의 마이크로파를 입력받는다. 동기화용 위상 검출기(230)는 RF 신호원(200)의 마이크로파와 동기화용 광 펄스열(Pulse 1)의 타이밍(위상) 오차를 계산한다. 동기화용 위상 검출기(230)는 타이밍(위상) 오차를 보상하는 신호를 RF 신호원(200)으로 피드백한다. 이를 통해 RF 신호원(200)은 펄스 레이저(100)의 광 펄스열에 동기화된 기준 신호를 출력한다. 즉, RF 신호원(200)은 동기화용 광 펄스열(Pulse 1)에 의해 위상 잠금(phase locked)된다.
다채널 광 위상 검출기(400)는 동기화용 광 위상 검출기(230)에 의해 동기화된 RF 신호원(200)의 기준 신호를 기초로 각 채널의 타이밍 오차에 해당하는 전기 신호(Ve)를 출력한다.
도 7을 참고하면, 다채널 광 위상 검출기(400)는 기준 채널에서 전송된 광 파장 펄스와 RF 신호원(200)의 타이밍(위상) 오차를 계산한다. 다채널 광 위상 검출기(400)는 기준 채널의 타이밍(위상) 오차를 보상하는 신호를 RF 신호원(200)으로 피드백한다.
다채널 센서 연결 장치(300)가 광 펄스를 파장분할하여 채널1, 채널2, 그리고 채널3을 생성한다고 가정한다. 여기서, 채널2 경로는 파장2로 분할된 광 파장 펄스2가 지나는 기준 채널 경로이고, 채널1 경로는 파장1로 분할된 광 파장 펄스1이 센서A를 지나는 경로이고, 채널3 경로는 파장3으로 분할된 광 파장 펄스3이 센서B를 지나는 경로라고 가정한다.
채널2 경로를 통과한 광 파장 펄스2는 센서에 의한 비행 시간 변화가 없으므로,
Figure pat00010
의 출력을 RF 신호원(200)으로 피드백하여 동기화시킴으로써 기준 신호로 사용할 수 있다.
채널1 경로를 통과한 광 파장 펄스1과 채널3 경로를 통과한 광 파장 펄스3 각각은 센서에 의한 비행 시간 변화가 있고, 기준 신호의 영점 교차점으로부터의 타이밍 오차
Figure pat00011
과
Figure pat00012
가 검출된다. 따라서, 채널1의 균형 광 검출기(435-1)는 타이밍 오차
Figure pat00013
에 비례하는 전기 신호
Figure pat00014
을 출력하고, 채널3의 균형 광 검출기(435-3)는 타이밍 오차
Figure pat00015
에 비례하는 전기 신호
Figure pat00016
을 출력한다.
도 8은 한 실시예에 따른 복수의 다채널 센서 연결 장치들을 포함하는 다채널 센싱 시스템을 설명하는 도면이다.
도 8을 참고하면, 다채널 센서 연결 장치(300)는 노드마다 배치될 수 있다.
각 노드의 다채널 센서 연결 장치(300)는 복수의 센서들이 연결될 수 있는 복수의 채널 경로들을 포함하고, 복수의 채널 경로들 각각에 센서가 병렬로 연결될 수 있다. 센서의 종류는 다양하고, 예를 들면, 거리나 속도를 측정하는 센서, 표면 형상이나 입체 구조를 측정하는 센서, 단차나 표면 조도를 측정하는 센서, 음압이나 진동을 측정하는 센서, 응력이나 변형률을 측정하는 센서에 연결될 수 있다. 또한, 복수의 생산 라인들에서 생산된 제품의 물리량을 동시에 측정하도록, 복수의 채널들에 동일한 종류의 센서가 연결될 수 있음은 당연하다.
복수 노드들에 설치된 다채널 센서 연결 장치들은 복수의 채널들 중 미사용 채널에 센서를 연결할 수 있다. 펄스 레이저(100)에서 출력된 광 펄스는 복수 노드들을 경유한 후, 다채널 광 위상 검출기(400)로 입력된다.
다채널 광 위상 검출기(400)는 각 채널에서 발생한 타이밍(위상) 오차에 해당하는 광 세기 차이를 측정하므로, 별도의 데이터 프로세싱 과정 없이 빠르게 물리량 측정 및 환산을 할 수 있다.
따라서, 다채널 센싱 시스템(10)은 매우 빠른 속도의 고속 측정이 요구되는 계측 분야에 적합하고, 다양한 물리량을 한꺼번에 측정할 수 있으므로 대규모 계측 시스템에서 유용하게 사용될 수 있다. 다채널 센싱 시스템(10)은 원격에서 측정된 다양한 물리량들을 종합하여 의사결정하는 분야(예를 들면, 재난 안전이나 국방 분야)에서 유용하게 사용될 수 있다.
도 9는 한 실시예에 따른 다채널 센싱 시스템의 성능을 나타내는 그래프이다.
도 9를 참고하면, 파장분할된 7개의 채널들인 ch22, ch24, ch26, ch28, ch30, ch32, ch34에서 측정한 분해능(resolution)을 비교한 결과이다.
이를 통해, 다채널 센싱 시스템(10)은 파장분할된 광 파장 펄스들을 사용하더라도, 각 채널에서 10나노미터 이하의 분해능을 제공할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 10은 다른 실시예에 따른 다채널 광 위상 검출기를 이용한 다중 레이저 동기화 시스템의 개략적인 구조도이다.
도 10 참고하면, 다채널 광 위상 검출기(400)는 비행 시간 검출뿐만 아니라, 복수의 레이저들(500-1, 500-2, ..., 500n)을 동기화할 수 있다.
지금까지의 다중 레이저 동기화 시스템은 마이크로파와 각 레이저의 위상을 비교하는 위상 검출기가 레이저마다 별도로 필요하다. 따라서, 여러 대의 레이저 시스템을 사용하는 가속기 시설과 같은 거대 시스템은 복수의 위상 검출기들이 추가되어 부피 및 비용이 크게 증가하는 단점이 있다. 반면, 본 발명에 따르면, 하나의 다채널 광 위상 검출기(400)로 복수의 레이저들(500-1, 500-2, ..., 500n)을 RF 신호원(600)에 동기화할 수 있다.
다중 레이저 동기화 시스템(20)은 다채널 광 위상 검출기(400), 복수의 레이저들(500-1, 500-2, ..., 500n), RF 신호원(600), 그리고 WDM 다중화기(700)를 포함한다.
복수의 레이저들(500-1, 500-2, ..., 500n) 각각은 서로 다른 파장(
Figure pat00017
)의 광 파장 펄스들을 출력한다. 레이저별로 채널이 할당될 수 있다. 복수의 레이저들(500-1, 500-2, ..., 500n) 각각은 지정된 채널 파장으로 필터링(추출)한 광 파장 펄스를 WDM 다중화기(700)로 전송한다.
서로 다른 파장의 광 파장 펄스들은 WDM 다중화기(700)에서 통합(다중화)된다.
WDM 다중화기(700)에서 다중화된 광 신호는 다채널 광 위상 검출기(400)로 입력된다. 다채널 광 위상 검출기(400)는 타이밍(위상) 오차에 해당하는 출력 신호를 균형 광 검출하는 다양한 형태로 구현될 수 있는데, 도 5에서 설명한 바와 같이, 샤냑 루프 간섭계를 이용한 광 루프 기반 광-마이크로파 위상 검출기(FLOM-PD)로 구현될 수 있다.
다채널 광 위상 검출기(400)는 도 5에서 설명한 바와 같이, 동작할 수 있다. 입력된 광 신호는 서큘레이터(411)를 지나 커플러(413)에 도달한다. 커플러(413)는 광 펄스의 파워를 반으로 나누어 두 개의 광 펄스를 생성한 뒤, 루프의 서로 다른 방향으로 전달한다. 시계 방향 펄스는 위상 변조기(415)에 입력된다. 위상 변조기(415)는 시계 방향 펄스와 기준 신호(마이크로파)를 입력받고, 기준 신호의 전압에 비례하여 시계 방향 펄스의 위상을 변조한다. 한편, 위상 변조기(415)는 반 시계 방향 펄스의 위상을 변조하지 않고 유지한다.
위상 변조기(415)에서 출력된 시계 방향 펄스는 사분파장 바이어스(417)에 입력된다. 시계 방향 펄스와 반시계 방향 펄스는 사분파장 바이어스(417)를 지나면서 위상 차이가
Figure pat00018
가 된다.
반 시계 방향 펄스와 시계 방향 광 펄스 각각은 루프를 순환한 뒤, 커플러(413)에서 합쳐지고, 제1 방향 광 신호와 제 2 방향 광 신호로 분리되어 제1 방향 역다중화기(431) 및 제2 방향 역다중화기(433)로 입력된다.
제1 방향 역다중화기(431) 및 제2 방향 역다중화기(433) 각각은 입력된 광 신호를 채널(파장)별로 분할한다. 제1 방향 역다중화기(431) 및 제2 방향 역다중화기(433)에서 분할된 각 채널의 광 신호들은, 복수의 균형 광 검출기들(435-1, 435-2, ..., 435-n) 중에서 대응하는 채널(레이저)의 균형 광 검출기로 입력된다.
각 레이저(500)에 대응된 균형 광 검출기(435)는 해당 레이저의 광 펄스와 RF 신호원(600)의 타이밍(위상) 오차에 비례하는 전기 신호(Ve)를 계산한다. 그리고 각 레이저에 대응하여 출력된 전기 신호를 해당 레이저로 피드백한다. 그러면, 복수의 레이저들(500-1, 500-2, ..., 500n) 각각은 피드백 신호를 기초로 기준 신호와의 타이밍(위상) 오차를 보상하여 RF 신호원(600)에 동기화된다.
이와 같이, 다채널 광 위상 검출기(400)는 복수의 레이저들(500-1, 500-2, ..., 500-n)을 하나의 기준 신호(마이크로파)에 동기화할 수 있다. 따라서, 반복률(주기), 스펙트럼 그리고 성능이 다른 여러 대의 레이저들이라고 하더라도, 다채널 광 위상 검출기(400)를 통해 하나의 기준 신호에 동기화될 수 있다.
이와 같이, 실시예에 따르면 파장분할로 다채널 경로를 생성하고, 각 채널 경로에 연결된 센서 각각의 비행 시간(타이밍 오차)을 한꺼번에 측정할 수 있다. 실시예에 따르면 특정 파장 채널에서 전송되는 광 파장 펄스의 타이밍 오차를 기초로 기준 신호를 동기화할 수 있으므로, 단일한 광 위상 검출기로 기준 신호 동기화 및 다채널 타이밍 오차 검출을 할 수 있다. 실시예에 따르면 피코초 미만의 초단 광펄스의 레이저 광원을 이용하여 성능저하 없이 다채널 측정을 할 수 있고, 높은 분해능 및 넓은 측정 범위를 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 따르면, 다채널 광 위상 검출기를 통해 복수의 레이저들을 하나의 기준 신호에 동시에 동기화할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (16)

  1. 펄스 레이저로부터 출력된 광 펄스를 복수의 채널들로 파장분할하고, 파장분할되어 생성된 복수의 광 파장 펄스들 각각을 다채널 경로 중에서 채널별로 할당된 채널 경로로 전송하며, 상기 다채널 경로를 지나온 상기 복수의 광 파장 펄스들을 다중화하여 출력하는 다채널 센서 연결 장치, 그리고
    상기 다채널 센서 연결 장치에서 출력된 광 신호와 상기 펄스 레이저에 동기화된 기준 신호를 입력받고, 전광 샘플링을 통해 상기 광 신호에 포함된 상기 복수의 광 파장 펄스들 각각과 상기 기준 신호의 타이밍 오차에 해당하는 채널별 전기 신호를 검출하는 다채널 광 위상 검출기를 포함하고,
    상기 다채널 경로 중 적어도 하나의 채널 경로에 센서가 연결되는, 다채널 센싱 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 다채널 센서 연결 장치는
    파장분할다중화 기반으로 입력된 광 펄스를 파장분할하는 역다중화기,
    파장분할되어 생성된 상기 복수의 광 파장 펄스들이 지나는 다채널 경로, 그리고
    상기 다채널 경로를 지나온 상기 복수의 광 파장 펄스들을 다중화하는 다중화기를 포함하는, 다채널 센싱 시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 다채널 광 위상 검출기는
    상기 복수의 광 파장 펄스들이 다중화된 광 신호를 입력받고, 입력 광 신호와 기준 신호의 타이밍 오차 정보를 포함하는 제1 광 신호와 제2 광 신호를 출력하는 오차 검출기,
    상기 제1 광 신호를 상기 복수의 채널들로 파장분할하는 제1 역다중화기,
    상기 제2 광 신호를 상기 복수의 채널들로 파장분할하는 제2 역다중화기, 그리고
    상기 복수의 채널들 각각에 대응하는 복수의 균형 광 검출기들을 포함하고,
    각 균형 광 검출기는
    상기 제1 역다중화기와 상기 제2 역다중화기 각각에서 채널별로 출력된 광 신호들을 입력받고, 입력받은 두 광 신호들의 세기 차이에 해당하는 전기 신호를 출력하는, 다채널 센싱 시스템.
  4. 제3항에서,
    상기 오차 검출기는
    광 루프 기반 광-마이크로파 위상 검출기(fiber loop-based optical-microwave phase detector, FLOM-PD), 3x3 커플러 기반 위상 검출기, 또는 균형 광-마이크로파 위상 검출기(Balanced optical-microwave phase detector, BOM-PD)로 구현되는, 다채널 센싱 시스템.
  5. 제1항에서,
    상기 다채널 광 위상 검출기는
    검출한 상기 채널별 전기 신호 중에서, 기준 채널에서 검출된 전기 신호를 RF 신호원의 동기화 신호로 전달하고,
    상기 RF 신호원은
    상기 다채널 광 위상 검출기로부터 피드백된 상기 동기화 신호를 기초로 상기 펄스 레이저에서 출력되는 광 펄스와의 오차를 보상하고, 상기 펄스 레이저에 동기화된 상기 기준 신호를 출력하는, 다채널 센싱 시스템.
  6. 제1항에서,
    마이크로파를 출력하는 RF 신호원, 그리고
    상기 펄스 레이저에서 출력된 광 펄스열과 상기 마이크로파의 오차에 해당하는 전기 신호를 검출하고, 검출한 전기 신호를 상기 RF 신호원의 동기화 신호로 전달하는 동기화용 광 위상 검출기를 더 포함하고,
    상기 RF 신호원은
    상기 동기화용 광 위상 검출기로부터 피드백된 상기 동기화 신호를 기초로 상기 펄스 레이저에서 출력되는 광 펄스와의 오차를 보상하고, 상기 펄스 레이저에 동기화된 상기 기준 신호를 출력하는, 다채널 센싱 시스템.
  7. 제1항에서,
    상기 다채널 경로에 복수의 센서들이 병렬로 연결되고,
    상기 채널별 전기 신호는 해당 채널에 연결된 센서의 측정 물리량으로 환산되는, 다채널 센싱 시스템.
  8. 제1항에서,
    상기 펄스 레이저와 상기 다채널 광 위상 검출기를 연결하는 광 경로의 복수의 노드들에 상기 다채널 광 위상 검출기가 배치되고,
    상기 다채널 광 위상 검출기는
    상기 복수의 노드들을 지나온 복수의 광 파장 펄스들이 포함된 광 신호를 입력받는, 다채널 센싱 시스템.
  9. 기준 신호를 출력하는 RF 신호원,
    복수의 레이저들로부터 각 레이저에 지정된 서로 다른 채널 파장으로 추출된 복수의 광 파장 펄스들을 입력받고, 상기 복수의 광 파장 펄스들을 다중화하여 출력하는 다중화기,
    상기 다중화기에서 출력된 광 신호와 상기 기준 신호를 입력받고, 전광 샘플링을 통해 상기 복수의 레이저들에서 출력된 상기 복수의 광 파장 펄스들 각각과 상기 기준 신호의 타이밍 오차에 해당하는 레이저별 전기 신호를 검출하고, 검출한 상기 레이저별 전기 신호를 해당 레이저로 전달하여 오차 보상하는 다채널 광 위상 검출기
    를 포함하는 다중 레이저 동기화 시스템.
  10. 제9항에서,
    상기 다채널 광 위상 검출기는
    상기 복수의 광 파장 펄스들이 다중화된 광 신호를 입력받고, 입력 광 신호와 상기 기준 신호의 타이밍 오차 정보를 포함하는 제1 광 신호와 제2 광 신호를 출력하는 오차 검출기,
    상기 제1 광 신호를 상기 복수의 레이저들에 지정한 복수의 채널들로 파장분할하는 제1 역다중화기,
    상기 제2 광 신호를 상기 복수의 채널들로 파장분할하는 제2 역다중화기, 그리고
    상기 복수의 레이저들 각각의 타이밍 오차를 전기 신호로 출력하는 복수의 균형 광 검출기들을 포함하고,
    각 균형 광 검출기는
    상기 제1 역다중화기와 상기 제2 역다중화기 각각에서 채널별로 출력된 광 신호들을 입력받고, 입력받은 두 광 신호들의 세기 차이에 해당하는 전기 신호를 출력하는, 다채널 센싱 시스템.
  11. 제10항에서,
    상기 오차 검출기는
    광 루프 기반 광-마이크로파 위상 검출기(fiber loop-based optical-microwave phase detector, FLOM-PD), 3x3 커플러 기반 위상 검출기, 또는 균형 광-마이크로파 위상 검출기(Balanced optical-microwave phase detector, BOM-PD)로 구현되는, 다채널 센싱 시스템.
  12. 기준 신호를 출력하는 RF 신호원,
    서로 다른 파장의 광 파장 펄스들이 다중화된 광 신호를 입력받고, 입력 광 신호와 상기 기준 신호의 타이밍 오차 정보를 포함하는 제1 광 신호와 제2 광 신호를 출력하는 오차 검출기,
    상기 제1 광 신호를 복수의 채널들로 파장분할하는 제1 역다중화기,
    상기 제2 광 신호를 상기 복수의 채널들로 파장분할하는 제2 역다중화기, 그리고
    상기 복수의 채널들 각각에 대응하고, 상기 제1 역다중화기와 상기 제2 역다중화기 각각에서 채널별로 출력된 광 신호들을 입력받고, 입력받은 두 광 신호들의 세기 차이에 해당하는 전기 신호를 출력하는 복수의 균형 광 검출기들
    을 포함하는, 다채널 센싱 시스템.
  13. 제12항에서,
    펄스 레이저로부터 출력된 광 펄스를 상기 복수의 채널들로 파장분할하여 상기 광 파장 펄스들을 생성하고, 파장분할되어 생성된 상기 광 파장 펄스들 각각을 다채널 경로 중에서 채널별로 할당된 채널 경로로 전송하며, 상기 다채널 경로를 지나온 상기 복수의 광 파장 펄스들을 다중화하여 출력하는 다채널 센서 연결 장치를 더 포함하고,
    상기 다채널 센서 연결 장치에서 출력된 광 신호가 상기 오차 검출기로 입력되고,
    상기 다채널 경로 중 적어도 하나의 채널 경로에 센서가 연결되는, 다채널 센싱 시스템.
  14. 제13항에서,
    각 균형 광 검출기에서 출력되는 전기 신호는
    대응 채널의 파장을 가지는 광 파장 펄스의 비행 시간에 해당하는, 다채널 센싱 시스템.
  15. 제12항에서,
    복수의 레이저들로부터 각 레이저에 지정된 서로 다른 채널 파장으로 추출된 상기 광 파장 펄스들을 입력받고, 상기 광 파장 펄스들을 다중화하여 출력하는 다중화기를 더 포함하고,
    상기 다중화기에서 출력된 광 신호가 상기 오차 검출기로 입력되는, 다채널 센싱 시스템.
  16. 제15항에서,
    각 균형 광 검출기에서 출력되는 전기 신호는 대응하는 채널의 레이저로 전달되고,
    상기 복수의 레이저들 각각은 대응하는 균형 광 검출기로부터 피드백된 전기 신호를 기초로 상기 RF 신호원과의 오차를 보상하고, 상기 RF 신호원에 동기화된 광 펄스열을 출력하는, 다채널 센싱 시스템.
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