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작성일 : 19-11-09 08:46
[잡담] 광자레이다라는게
 글쓴이 : 모래니
조회 : 1,597  

일단 사람들이 착각하는 몇가지 부터 정리하면

1. 빛은 전자기파임.
2. 광자와 전자기파는 같은 말임. (다만 전자기파 한개(!)를 광자라고도 함)
3. 레이저도 전자기파임. 단지 특정 파장에 집중적으로 몰려있는걸 레이저라고함.

그럼 광자 레이다는 전자기파 레이다라서 같은 말 아닌가?

밑에 어느 분이 "레이저"를 쏜다고 하는데.
그 분이 링크한 글을 쫓아가서 보면.
오히려 "photonics provide high precision and ultrawide bandwidth"
photonics는 매우 정확하며 매우 넓은 밴드위드스를 제공한다.
여기서 밴드위드스가 넓다는 이야기는 레이저가 아니란 이야기에요.

앞에서 말하는 부분이 일반적인 극초단파는 진동수를 높힐수록(파장을 짧게 할수록)
노이즈가 심해진다. 반면 photonics는 매우 정확하고 넓은 밴드위드스를 제공한다.
(밴드위드스는 파장이 분포하는 두께를 말합니다.)

글을 읽다보면 어떻게 하는지는 모르겠어요.
문제는 검출하는 센서(detector)의 차이인데.

센서를 검출하고서 전기적 신호로 바꾸는게 기존 방식인데. 여기서 손실율이 높죠.
이걸 downconversion이라고 하나봐요.(시그널을 바꾸는걸)

반면 광자레이더(photonics)는 광자 자체를 검출하려고 해요.
광케이블로 광자자체를 검출해서 그것을 분석하기때문에 (어떻게 하는지는 모른다고 말했음)
손실율이 낮고, 노이즈가 적다는거죠. (왜냐면 중간 과정 하나를 건너뛰기때문에)

따라서, 일반적으로 광자레이다란 무엇이냐?
"반사된 전자기파(광자)를 검출하는 방식"의 차이이다.
마이크로웨이브 전자기파를 전기시그널로 바꾸는게 고전적인 레이다라면
광자 자체를 검출하는게 광자레이다를 말한다.

아마도 대충 이게 맞을껄요? ㅋㅋㅋㅋ

출처 : 해외 네티즌 반응 - 가생이닷컴https://www.gasengi.com


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모래니 19-11-09 08:52
   
참고로 링크되었던 글중에 나오는 "레이저"이야기는
광자기구로써 불리었던 최초의 기구들에는 어떤 것들이 있을까?
레이저가 그중하나였다는 말임. 그냥 "광자"라는 단어의 소개차원에서 나온거에요.
떡국 19-11-09 09:41
   
http://sci-hub.tw/https://doi.org/10.1364/OE.26.017529
위 네이쳐 논문을 한 번 참고해 보세요.  제1저자인 FANGZHENG ZHANG이라는 분이 아마 이 분야를 개척한 사람의 하나인 것 같습니다.  논문 3페이지의 스키메틱 다이어그램을 보시면, 신호의 최초 소스는 "LD" 즉 레이저 다이오드로 되어 있습니다.  이 논문에서 제안하는 방식은 복수개의 레이저 다이오드를 배열해서 사용하는 MIMO 방식인데, 여기서 하나의 레이저 다이오드 부분을 보시면, 레이저 다이오드에서 나오는 파장(람다값)을 DPMZM(dual-parallel Mach-Zehnder modulator)이라는 모듈을 이용해서 직접 변조하는 것으로 되어 있습니다.  이 모듈은 전자적인 시그널을 변조하는 모듈이 아니고, 광학적인 장치인 것 같습니다.  그리고 전파를 쏘고 받는 부분은, 포토다이오드를 이용해서 전기신호로 변환후 안테나를 이용하는 것으로 되어 있구요.
즉 광학적으로 마이크로웨이브 신호를 생성하고, 그것을 직접 최종단에서 증폭 송수신하는 것으로 되어 있어요.  말씀하신 것 처럼 기존의 전자적인 방법으로 마이크로웨이브를 직접 생성하는 것이 기술적으로 어렵기 때문에, 광학장치를 이용해서 그렇게 하는 것 같습니다.
물론 ZHANG이 제안한 방식 말고 다른 방향으로 연구를 하는 팀도 있을 거라고 추측은 됩니다만, 기본적으로 레이저를 신호 생성을 위한 소스로 사용하는 것은 변함이 없을 것입니다.  그래서 photonic이라는 말을 붙였다고 생각을 했죠.  "광자 자체를 검출하니까 광자레이더다"는 것은 잘못 이해하신 것 같습니다.
간단히 말해 이 레이더의 기본 컨셉은, "마이크로파 대역의 레이더"인 것인데, 마이크로파를 만들어내기가 굉장히 어렵기 때문에, 레이저 소스를 사용한 광학적인 수단으로 이 문제를 해결했다 이런 것 같네요.

ps. 저도 다시 보다 보니깐, 레이저 소스의 출력은 문제가 되지는 않는 것 같네요.  이 부분은 저도 앞선 글에서 잘못 이해하고 썼던 것 같습니다.
     
모래니 19-11-09 10:01
   
LD들의 레이저의 파장이 각각 다르네요.

문제는 전자기파를 전기시그널로 바꾸는 과정에서의 간섭과 노이즈죠.
이것때문에 레이더에서 발사하는 전자기파의 대역폭이 매우 좁아야해요. (=limited bandwidth)

링크하신 글의 3번 실험 LD의 파장을 확인해보세요.
 "two LDs at 1550.92 nm and 1552.52"
광케이블로 광자를 직접 검출해서 분석하는 방식은 "어떻게 하는진 모르겠지만"
이 방식은 각각의 광자를 분석하는게 가능하기때문에 광대역(ultrawide bandwidth)를 가질수
있고, 따라서 이 방식이 더 해상도 높은 정보를 획득할수 있다는 것입니다.

-- 이하는 추측임.
반사하는 물체에 따라서, 파장별로 반사하는 반사비율이나, 도플로 효과들이 있잖아요.
이 때문에 여러개의 파장을 쏴서 반사하는 각각의 파장들을 해석해낸다면
좀더 좋은 해상도를 얻을수 있는 것은 분명하죠. (어떻게 이게 가능한지는 모르겠으나 할수 있다면), 아마 이렇기 때문에 각 LDn들의 파장이 다르고, 대역폭을 넓게 쏜거 같네요.

"마이크로파 대역을 쏘기 때문에" 광자 레이다가 아니고.
레이저를 여러개의 무수히 많은 파장을 쏴서, 각각을 전기 시그널로 변환하지 않고
광자 자체로 분석하기때문에 노이즈가 적어서 광자 레이다라고 하는 것은 분명합니다.
          
떡국 19-11-09 10:02
   
논문 보시면 그런 말씀을 못 하실 것 같습니다.
               
모래니 19-11-09 10:03
   
링크하신 글의 3번 실험편을 보세요.
" two LDs at 1550.92 nm and 1552.52"
두개의 LD의 파장이 다릅니다. 그걸 보고 말씀드린거에요.
                    
떡국 19-11-09 10:05
   
각각의 광자를 검출한다는 이야기는 흔적도 없는데, 마음대로 그런 상상을 하고 단정을 지으시니까 좀 어이가 없어서요...  안테나로 반사신호를 수집한 후, PM(Phase Modulator)를 통해 디첩핑(De-chirping)해서 보정한다고 잘 설명되어 있는데요.  어디에 각각의 광자를 검출 운운한다는 이야기가 있나요...
                         
모래니 19-11-09 10:06
   
처음 링크하신 글에 있습니다.
the detection of such signals and their precise direct digitization without downconversion.
                         
떡국 19-11-09 10:07
   
그건 Zheng의 MIMO 컨셉 아닌가 합니다.  퀄리티를 높이기 위한 조치에요.
제가 보기엔 완전히 엉뚱하게 잘못 이해하고 계신 부분 같네요.
                         
모래니 19-11-09 10:20
   
In  the  transmitter  array,  multiple  "orthogonal"  LFM  signals  are  generated  by  photonic  frequency multiplication, and in the receiver array, de-chirping and separation of radar echoes from  different  channels  are  implemented  by  photonic  frequency 

orthogonal 이란 이야기가 각각의 파장들을 개별적으로 구분해 낼수 있다는 이야기에요.
광자레이다의 키포인트는 "다양한 파장대의 레이저로 광대역의 전자기파를 쏴서
반사된 것들을 개별적으로 다시 해석해내는 것"에 있는게 100% 맞습니다.
                         
떡국 19-11-09 10:24
   
님이 주장하는 말 중에,
"각각을 전기 시그널로 변환하지 않고 광자 자체로 분석"
과 같은 것을 지적한 것입니다.
MIMO 컨셉은 당연히 복수개의 레이저 신호 소스를 중첩시켜서 내보낸 후, 반사파를 다시 받아 그것을 디첩핑해서 전기신호로 변환한 후, 필터링해서 분석하는 방식입니다.
                         
모래니 19-11-09 10:25
   
그건 첫번째 글에 있엇다니까요. 여기선 리시버가 뭔지 나오질 않았거나, 지금 못찾겠는데.
모래니 19-11-09 10:22
   
논문하나 던져 놓고 읽으라고 하지 마세요.
전공자 아니면 논문하나 읽는데 댓 시간씩 걸린다는거 아실거 같은데 왜 그러세요.
     
떡국 19-11-09 10:25
   
논문을 읽을 능력이 있는 분  같아서 그렇게 권유한 것입니다.
논문 다 볼 필요도 없고, 논문 중에 있는 다이어그램 하나만 봐도 명확하게 알 수 있는 아주 기본적인 내용입니다.  내용파악도 제대로 안하고 상상의 나래를 펴시니...  좀 답답하네요.
나 역시 레이더 분야나 광학 분야 전공자가 아닙니다.
          
모래니 19-11-09 10:26
   
논문이 그런 내용이라고요.
다양한 파장의 레이저를 쏴서 개별적으로 해석해서, 높은 해상도를 구현해내는거라고요.
               
떡국 19-11-09 10:28
   
주장하시는 내용이 바뀌었군요.
"전기 시그널로 변환하지 않고 개별 광자를 직접 검출 운운..."하는 주장에서,
"다양한 파장을 쏘고 해석한다"로.
님의 이해가 약간 진전되었다고 알아듣겠습니다.
보시면 알겠지만 해당 논문은 어려운 이론을 전개한 논문이 아니고, 컨셉을 단순히 설명한 논문에 불과하기 때문에 큰 부담없이 읽을 수 있다고 생각됩니다.
                    
모래니 19-11-09 10:29
   
그건 첫번째 글에 있었고.
두번째 논문중엔 그런 내용이 없지만(혹은 후반부는 안읽었으니), 첫번째 글에 본인이 링크한 내용에 있잖습니까.
                         
떡국 19-11-09 10:30
   
그게 그 말이 아니쟎아요.  하아....  (답답해서 숨 넘어가겠네요..)
관둡시다.  ㅎㅎ
(처음 본문에서는 레이저를 사용하지 않는다라고 주장하시던 것은 철회한 것으로 알겠습니다.)
                         
모래니 19-11-09 10:33
   
아, 그건 맞아요. 제가 틀렸습니다.

전 그걸 핵심적인 "주제"로 안봐서 까먹었음.
모래니 19-11-09 10:32
   
2].  To  overcome  the  bandwidth  limitations  of  traditional  radar  transmitters  and  receivers,  microwave  photonic  technologies  have  been  applied  to  construct  broadband  radars  with  an  ultra-high  range  resolution

전통적인 레이드의 송수신에서 "밴드위드스 제한"을 극복하기 위해
극초단파 기술을 극히 높은 해상도를 위해서 "넓은 레이다"를 만들기위해 적용하고자한다.

처음 글도, 두번째 글도 똑같은 내용이잖아요.
핵심은 "극초단파"가 아니고 다양한 레이저를 쏴서 "광역대의 파장"을 쏘고.
그것을 분석(해석)하기 위해선 전기시그널로 변환해서 해석하려면 노이즈가 심해서
못하고, 바로 광자로 받아들여서 해석해야한다.

뭐가 어렵습니까?
     
떡국 19-11-09 10:42
   
저는 이미 답답해서 숨졌습니다. ㅋ

http://sci-hub.tw/https://doi.org/10.1364/OE.25.016274
이 논문 3페이지 Figure1 보시면, Optical path와 Electrical path가 잘 구분되어 있지요?
전파 송신수 및 수신부 부분을 보시면 이해가 될 겁니다.
그래도 이해가 안 되면 저로서도 이해시켜드릴 방법이 없네요.

광자레이더 보다 광학레이더로 번역하는게 더 좋았을 거 같다는 생각이 여기서도 증명이 되는게...
광자라는 말로 번역을 하는 순간 이런 식으로 원리를 오해를 하는 분이 엄청 많은 것 같네요...
한 글자 차이가 참...