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광 파워 미터 선택 시 주요 고려 사항
광섬유 부품 테스트용 광 파워 미터는 반도체 광다이오드를 검출기로 사용하여 입사 광 파워에 비례하는 전류를 생성합니다. 이 광전류는 일반적으로 트랜스임피던스 증폭기와 아날로그-디지털 변환기를 통해 측정되어 광 파워를 결정합니다. 이를 위해 mA 전류를 mW 전력으로 변환하는 계수가 필요한데, 이는 빛의 파장에 따라 달라지며 검출기 특성과 빛을 수집하는 데 사용된 광학 장치의 영향을 모두 고려합니다. 따라서 파워 미터 교정은 파장 의존적 응답도를 추적 가능하게 측정하고 기록하며, 이 데이터를 계측기에 포함하는 것을 포함합니다.
이러한 응답성은 특정 용도에 맞는 광 파워 미터를 선택할 때 중요한 고려 사항 중 하나입니다. 첫째, 절대 파워 레벨을 정확하게 측정하기 위해서는 빛의 파장에서 계측기를 교정해야 합니다. 수동 광학 부품의 감쇠량을 측정하는 경우처럼 상대적인 파워 변화만 측정하는 경우에는 이러한 교정 계수가 실제로 필요하지 않습니다. 그러나 검출기가 해당 파장에 대해 충분한 응답성을 가져야 합니다. 파장 범위에 걸쳐 분포하거나 파장을 정확히 알 수 없는 빛을 측정하는 경우, 파장에 따른 응답성 변화가 너무 크지 않도록 하는 것도 중요합니다.
그림 1은 일반적으로 사용되는 세 가지 반도체 소재를 기반으로 한 광 파워 미터의 응답성 스펙트럼 예시입니다. 이는 개별 계측기의 실제 교정 데이터이며 곡선은 장치마다 다소 다를 수 있지만 스펙트럼 모양은 주로 검출기 소재에 의해 결정됩니다. y축에 표시된 값은 대략 mA/mW 단위의 변환 효율에 해당합니다. 약 1250nm에서 1650nm 사이의 표준 단일 모드 파이버에서 지원되는 파장의 경우, InGaAs 검출기(여기에서 Keysight 81624B 광 헤드에 사용된 것과 같은)는 높은 응답성과 비교적 낮은 파장 의존성으로 최고의 성능을 제공합니다. 직접 갭 반도체인 InGaAs(일반적으로 합금 화학식 InxGa1-xAs의 약칭)는 일반적으로 가장 낮은 잡음 수준을 제공하여 가장 넓은 동적 범위에서 전력 측정을 허용합니다.
게르마늄 검출기(81623B 그림 2)는 더 넓은 파장 범위에서 유용하고 가격도 저렴하기 때문에 범용 전력계로 적합합니다. 그러나 약 1545nm 이상에서는 파장 의존성이 가파르기 때문에 측정값이 파장 불확도나 불안정성에 더 민감하게 반응합니다.
광 파워 미터, 파장에 대한 감도의 반응성
가시광선을 포함한 단파장의 경우, 실리콘 검출기(81620B)는 우수한 반응성을 제공합니다. 이 검출기는 POF(플라스틱 광섬유)와 함께 사용되는 650nm 적색광에 사용할 수 있지만, 아래에서 설명하겠지만 널리 사용되는 850nm 파장 범위에서도 게르마늄을 대체할 수 있는 매력적인 제품입니다.
850nm 광파워 측정
건물 및 데이터 센터 내부와 같이 단거리 전송을 위한 광섬유 링크는 주로 다중 모드 광섬유와 850nm 신호를 사용합니다. 이 광섬유와 함께 사용되는 또 다른 덜 일반적인 파장은 1300nm입니다. 여기서 파장은 공칭 값이며 실제 파장은 상당히 오프셋될 수 있습니다. 예를 들어 IEEE 802.3 표준은 중심 파장이 840nm와 860nm 사이여야 한다고 규정합니다. 다른 응용 분야에서는 더 넓은 파장 변동을 허용할 수 있습니다. 이러한 광원의 실제 파장을 사용하여 광 전력을 측정하지 않으면 이러한 변동이 측정 불확도에 영향을 미칩니다. 이 점을 고려할 때 실리콘 검출기는 명확한 장점을 가지고 있습니다. 응답성은 게르마늄보다 약 5배 강하며, 게르마늄 자체는 InGaAs 검출기보다 강합니다. 그러나 1mW와 같은 중간 신호 레벨을 측정하는 데 더 중요한 것은 그림 4에서 이 파장 범위에 대해 확장된 것처럼 파장에 대한 의존성입니다.
게르마늄은 중간 정도의 의존성을 갖지만, 10nm 파장 오프셋은 약 0.2dB의 측정 오차(4.7%)를 발생시킵니다. 이는 ±4.0% 불확도 사양이나 올바른 파장 설정을 사용했을 때의 81623B에 비해 큰 수치입니다. 실리콘 검출기를 사용한 81620B의 비교 오차는 0.05dB에 불과합니다.
이러한 낮은 파장 의존성은 SWDM 그리드에 대해 정의된 850nm와 940nm 사이의 4개 파장 채널과 같이 이 영역에 추가 파장을 사용하는 경우에도 편리할 수 있습니다.
반면, 850nm와 1300nm 파장 모두에 대해 다중모드 파이버 테스트 설정을 사용하는 경우, 실리콘은 광자 에너지가 반도체 밴드갭보다 작은 긴 파장에서는 유용하지 않으므로 게르마늄 검출기가 가장 좋은 선택입니다.
마지막으로 정확도 사양 요건을 고려할 때, 파장 외의 다른 종속성의 영향도 고려해야 합니다. 대부분의 레이저 신호와 마찬가지로 편광 측정의 경우, 대부분의 광섬유 출력 편광이 안정적이지 않고 온도와 광섬유의 움직임에 따라 변하기 때문에 편광 의존성은 상당한 불확실성의 원인이 될 수 있습니다. 레이저 신호와 마찬가지로, 코히어런트 광 측정의 경우, 파워 미터 광학 장치와 광섬유 커넥터 출력 사이의 다중 반사가 발생할 수 있으며, 이는 측정 불안정성을 초래하므로 이러한 반사를 최소화해야 합니다. 키사이트 사양에서는 코히어런트 간섭이 파장에 따라 주기적으로 변하기 때문에 이를 "스펙트럼 리플"로 정의합니다.
광 파워 미터의 추가 기능
Keysight 광 파워 미터는 파장 응답성 교정 데이터(본 문서의 그래프에 사용된 것과 같은)를 읽어오는 프로그래밍 명령을 지원합니다. 이 명령은 예를 들어 후처리에서 신호의 파장이 변경될 때마다 파워 미터의 파장 설정을 변경할 필요 없이 교정된 절대 전력 값을 얻는 데 사용할 수 있습니다. 특히 파장 설정을 변경할 수 없는 일련의 샘플을 기록하는 데 광 파워 미터 로깅 기능을 사용할 때 유용합니다. 가변 레이저와 함께 사용하면 파장이 스위핑되는 동안 테스트 대상 장치에 입력 전력을 제공할 수 있습니다. 이는 예를 들어 O/E 변환 장치를 측정하는 데 중요합니다. 또한 하나의 광 파워 미터 포트에서 측정된 기준 측정값을 정규화하여 장치에 연결된 다른 파워 미터 포트의 기준으로 사용할 수 있습니다.
키사이트 광 파워 미터는 간단한 광 파워 측정 외에도, 앞서 언급한 로깅 기능과 다른 계측기 또는 DUT와의 동기화를 위한 유연한 내부 및 외부 트리거링 기능을 포함한 더욱 향상된 기능을 제공합니다. 위에서 언급한 광 헤드 모델은 최대 20,000개의 샘플을 저장할 수 있으며, 개별 평균화 시간은 100µs에서 10초까지 선택할 수 있습니다. 다른 모델은 최대 1M개의 샘플을 로깅하고 1µs까지의 평균화 시간을 지원합니다. 또한, 광 헤드는 입력 광 파워에 비례하는 전압의 아날로그 출력 신호를 제공합니다. 특히 직경 5mm의 넓은 검출기 영역과 결합하여 다양한 자동 정렬 절차를 지원합니다. 이 헤드는 개방형 빔을 측정하는 데 사용할 수 있으며, 다양한 파이버 커넥터 어댑터를 제공합니다. 케이블로 메인프레임에 연결되는 외부 헤드는 광학 테이블이나 작업대에 편리하게 설치할 수 있습니다.
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