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SUMMARY

Contents

목차

제1장 서론 16

제1절 연구개발의 목적 16

1. 연구개발의 목적 16

2. 연구개발의 개념 및 범위 16

제2절 연구개발의 필요성 22

1. 적용 분야 22

2. 중요성 및 파급효과 25

제3절 연구개발의 범위 30

제2장 국내외 기술개발 현황 32

제1절 국내·외 기술 현황 32

1. 국내·기술 동향 및 수준 32

2. 국외·기술 동향 및 수준 34

제2절 국내·외 시장 현황 35

1. 국내·외 시장 규모 및 수출·입 현황 35

2. 국내·외 주요 수요처 현황 38

제3절 국내·외 경쟁기관 현황 40

제4절 국내·외 지식재산권 현황 41

1. 국내 지식재산권(특허 등) 현황 41

2. 관련 기술 ／ 제품의 국외 지식재산권(특허 등) 현황 41

제3장 연구개발수행 내용 및 결과 43

제1절 원자시계 개념 설계 43

1. 원자시계의 구성 및 주요 요인 결정 43

2. 버퍼가스의 종류 결정 44

3. 분광셀의 크기 결정 45

4. 초소형 원자시계 개념 설계 46

제2절 상용제품 물리부 분석 46

1. 물리부 구조 및 주요 구성부품 조사 46

2. 상용제품 전자회로부 분석 48

제3절 평가용 광원부 설계 및 평가 54

1. VCSEL 특성 평가 시스템 구축 54

2. 기준용 분광셀과 기준 광원용 레이저 시스템 55

3. VCSEL 광원을 이용한 CPT 분광 신호 관측 57

제4절 분광셀 제작 장비, 공정 setup 59

1. 고진공 및 적정 압력 유지 및 3층 접합 공정 59

제5절 Micro 분광셀 설계 ／ 제작 59

1. 분광셀의 열-전기 해석 모델 59

2. 1mm 이상의 길이를 갖는 분광셀을 위한 실리콘 가공 공정 60

3. 실리콘과 유리의 양극 접합 공정 및 접합 강도 평가 61

4. Buffer-gas 및 alkali 주입 기술 62

5. Cs dispenser를 포함한 분광셀 제작 63

제6절 마이크로 히터 및 센서 개발 63

1. 열-전기 해석을 통한 분광셀용 마이크로 히터 및 센서 개발 63

2. 열 해석 모델을 이용한 진공도에 따른 히터 성능 분석 65

3. 열 해석 모델을 이용한 MEMS 분광셀 구조 해석 65

제7절 광원부 조절회로 설계 ／ 제작 ／ 평가 66

1. VCSEL 전류 공급장치 제작 66

2. VCSEL 온도 조절 장치 제작 67

제8절 마이크로파 합성회로 설계 및 제작 (1차) 68

1. 마이크로파 합성회로 설계 68

2. 마이크로파 합성회로 제작 69

제9절 초소형 원자시계 적용 효과 연구 72

1. GPS 장치 적용 효과 연구 72

2. 통신분야 PTP 장치 적용효과 연구 73

제10절 Micro 분광셀 개선 ／ 평가 75

1. 분광셀 특성 측정 시스템 구축 75

2. 분광셀 공정 개선 : 버퍼가스 제어 및 세정공정 78

3. Micro 분광셀 구조 개선을 위한 공정 개발 80

4. 버퍼가스 압력에 따른 주파수 이동 측정 84

5. 분광셀 진공도 87

6. 버퍼 개스가 주입된 Cs 분광용 셀 부피 87

제11절 마이크로 히터 및 센서 개선 88

1. 히터 및 센서의 평가시스템 구축 88

2. 히터 공정 개선 : TCR 향상 89

제12절 물리부 설계 ／ 제작 ／ 평가 90

1. 물리부 구조 설계 90

2. 물리부의 유기 패키징 설계 및 제작 92

3. VCSEL 모듈 제작 및 열특성 평가 100

4. 물리부 제작 및 동작 확인 108

제13절 주파수 안정화 회로 설계 ／ 제작 110

제14절 VCTCXO 주파수 조절 장치 설계 ／ 제작 113

제15절 온도, 전류 조절회로 설계 ／ 제작 ／ 평가 118

1. VCSEL ／ 원자셀 온도 조절 장치 제작 118

제16절 마이크로파 합성회로 설계 ／ 제작 ／ 평가 (2차) 122

1. 1차 마이크로파 합성 회로 보완 및 제작 122

제17절 물리부 개선 ／ 제작 ／ 평가 (2차) 129

1. 물리부 개발 개요 129

2. 물리부의 설계 129

3. 물리부 제작 132

4. 물리부 주파수 특성 분석 135

제18절 전체구동회로 설계 ／ 제작 140

1. 전자회로부 테스트 보드 하드웨어 제작 140

2. 전자회로부 테스트 보드 SW 제어 알고리즘 구현 143

3. 전자회로부 25 cc 하드웨어 제작 147

제19절 1차 시제 제작 ／ 성능 평가 148

1. 상용 물리부를 테스트를 위한 시제 제작 148

제20절 마이크로 히터 및 센서 최적화 149

제21절 성능시험 평가 시스템 구성 150

1. 외부 1PPS 입력에 대한 동기 정확도 평가 150

2. 주파수 정확도 및 안정도 성능 평가 151

3. 위상잡음 평가 152

4. 소모 전력 성능 평가 152

5. 크기 및 무게 측정 152

제22절 전자회로부 성능 평가 153

1. 온도 제어 및 CPT 신호 관측 153

2. 주파수 안정도 및 정확도 측정 154

3. 1 PPS 동기 정확도 측정 155

4. 10 MHz 위상잡음 측정 155

5. 원자시계의 크기 및 측정 156

6. 성능평가 요약 157

제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 158

제1절 연구목표 달성도 158

1. 정량적 목표 달성도 158

2. 연구성과물 159

제2절 대외 기여도 161

1. 기반 기술 확보 161

2. 관련 분야 및 원자센서 기술개발에 활용 163

제5장 연구개발결과의 활용계획 164

제6장 참고문헌 173