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프리 스페이스 광 측정 지그 선택 및 설치

관리자 2025-12-02 조회수 1,294

프리 스페이스 광 측정 지그 선택 및 설치

소개

광학 스펙트럼 분석기(OSA)를 사용하여 자유 공간을 통해 전파되는 빛을 측정할 때, OSA의 입력은 일반적으로 광섬유 연결을 통해 이루어지므로, 적응형 고정구(adaptive fixture)가 종종 필요합니다.* 이 고정구는 일반적으로 지그(jig)라고 불리며, 빛을 광섬유로 결합할 수 있도록 해줍니다.

이 응용 노트에서는 자유 공간에서 전파되는 광원이나 광 필터의 광학 전송 스펙트럼을 측정할 때 권장되는 자유 공간 광 측정용 지그를 소개합니다. 광원용 지그 4종과 필터용 지그 1종을 설명합니다.


 

복잡한 광학 응용을 위한 특수 장치 설정

최근 몇 년간, 통신, 생명공학, 환경 모니터링, 가스 감지/분석 등 여러 산업 분야에서 광학 관련 연구개발 및 제조 응용이 급격히 증가하고 있으며, 이로 인해 고급 광학 스펙트럼 측정, 특히 자유 공간에서 전파되는 빛의 측정이 요구되고 있습니다.

자유 공간 빛을 측정하는 과정은 복잡하기 때문에, 데이터가 정확하고 가능한 한 높은 정밀도로 수집될 수 있도록  전용 지그(specialized jig)를 사용하는 것이 일반적입니다.



Visible Wavelength Optical Spectrum Analyzer (OSA) | Yokogawa Test&Measurement


그림 1: Yokogawa Test & Measurement의 AQ6373E 광학 스펙트럼 분석기는 350 nm에서 1200 nm까지의 가시 파장 영역을 커버하며, 바이오 포토닉스(bio-photonics) 응용을 위해 설계되었습니다.



 

지그 유형 선택 

프로젝트에 가장 적합한 지그 유형을 선택할 때는 대상 물체, 필요한 결합 효율, 그리고 예산을 고려하는 것이 중요합니다. 


Light Source Measurement Options and Comparisons | Free Space Light Measurement Jig Selection and Setup | Yokogawa Test&Measurement

*1 실제 파장 범위는 광섬유와 렌즈의 파장 대역폭에 의해 제한됩니다.

표 1: 지그 유형 L-1, L-2, L-3, L-4는 광원 측정에 사용됩니다.

 


Optical Filter Measurement | Free Space Light Measurement Jig Selection and Setup | Yokogawa Test&Measurement

*1 실제 파장 범위는 광섬유와 렌즈의 파장 대역폭에 의해 제한됩니다.

표 2: 지그 유형 T-1은 광 필터 측정에 사용됩니다.



지그 유형 L-1: 범용

L-1 지그 유형은 범용 광원 측정에 사용됩니다. 발산광(divergent light)과 평행광(collimated light) 모두에 적용 가능하며, 사용이 간편하고 저비용이며, XY축 이동 마운트를 이용한 정밀한 광학 정렬이 가능합니다.


고려사항 


    • 측정 대상 장치(DUT)는 사용자가 고정하고 대략적으로 정렬해야 합니다.

    • 측정 파장 범위는 광섬유의 파장 대역폭에 의해 제한될 수 있습니다.

    • 대구경 멀티모드 광섬유 사용을 권장합니다.



정렬단계

  • 가능한 경우, 보다 정밀한 광학 정렬을 위해 뷰어 카드를 사용하는 것이 권장됩니다.
    DUT의 광 출력이 광섬유 커넥터 끝면의 중심에 최대한 가깝도록 위치시키되, 접촉하지 않도록 주의합니다.
    측정되는 광 출력이 최대가 되도록 XY축 이동 마운트를 사용하여 광섬유 커넥터 끝면의 위치를 조정합니다. 


Jig Type L-1 Configuration | Free Space Light Measurement Jig Setup | Yokogawa Test&Measurement

그림 2: 지그형 L-1 부품 구성


 


지그 타입 L-2: TO-CAN 

L-2 지그 타입은 TO-CAN(발산형) 광원과 관련된 측정에 사용됩니다. 사용이 간편하고 저비용이며, XY축 이동 마운트를 이용한 광학 정렬을 쉽게 하기 위해 케이지 시스템을 활용합니다.


고려사항

  • TO-CAN 이외의 발산형 광원을 측정할 경우, L-1 지그 타입을 사용할 수 있습니다.
    측정 파장 범위는 광섬유의 파장 대역에 의해 제한될 수 있습니다.
    대구경 멀티모드 광섬유 사용을 권장합니다.

정렬 단계

  • DUT의 광 출력을 케이지 플레이트에 고정하고, 광섬유 커넥터 끝면의 중심에 최대한 가깝도록 위치시키되, 절대 접촉하지 않도록 주의합니다.
    XY축 이동 마운트를 사용하여 광섬유 커넥터 끝면의 위치를 조정하고, 측정되는 광 출력이 최대가 되도록 합니다.



Jig Type L-2 Configuration | Free Space Light Measurement Jig Setup | Yokogawa Test&Measurement


그림 3: 지그형 L-2 부품 구성
 


지그 타입 L-3: 저손실 (TO-CAN)

L-3 지그 타입은 비구면 렌즈나 포물면 거울을 사용하여 결합 손실이 낮은 발산형 광원의 측정에 사용됩니다. 정밀한 광학 정렬을 위해 케이지 시스템과 두 개의 이동 마운트를 사용합니다.


고려사항

  • TO-CAN 전용 발산형 광원에만 적용됩니다.
    측정 파장 범위는 비구면 렌즈와 광섬유의 파장 대역에 의해 제한될 수 있습니다.
    소구경 멀티모드 광섬유 사용을 권장합니다. 

정렬 단계


    • XY축 이동 마운트와 Z축 이동 마운트를 모두 제거합니다.

    • 포물면 거울과 광섬유 어댑터 사이의 광학 정렬을 조정하여 평행광(그림 4의 블록 A)을 생성합니다.

    • XY축 이동 마운트(비구면 렌즈 장착)와 Z축 이동 마운트를 DUT와 함께 케이지 조립봉을 이용해 조립합니다.

    • DUT 출력광(그림 4의 블록 B)의 평행광 상태를 조정하고, 블록 A의 구성 요소와 연결합니다.

    • 측정되는 광 출력이 최대가 되도록 XY축 이동 마운트를 조정합니다.



선택 단계

  • 가시광 레이저 광원(단일 모드 출력)과 시어링 간섭계(평행광 측정기)를 사용하여 광학 정렬을 용이하게 합니다.

  • 가시광 레이저의 출력을 광섬유 어댑터를 통해 미러 마운트 안의 포물면 거울로 입력합니다.

  • 포물면 거울의 출력광을 시어링 간섭계로 입력합니다.

  • 간섭무늬가 평행광이 될 때까지 미러 마운트와 XYZ축 이동 마운트를 조정합니다.

  • DUT 출력광이 XY축 이동 마운트의 비구면 렌즈에 의해 평행광이 되도록 XYZ축을 조정합니다.

  • 정렬 디스크를 사용하여 평행광 상태를 확인합니다.




Jig Type L-3 Configuration | Free Space Light Measurement Jig Setup | Yokogawa Test&MeasurementF

그림 4: 지그형 L-3 부품 구성


 

지그 타입 L-4: 저손실 (병렬광)

L-4 지그 타입은 케이지 시스템과 정밀 광학 정렬을 위한 두 개의 이동 마운트를 사용하여 비구면 렌즈 또는 포물면 거울로 인해 낮은 결합 손실을 가지면서 발산광을 측정합니다.


고려사항 


    • TO-CAN 전용 발산광원에만 적용

    • TO-CAN 외 발산광원에는 Type L-1 사용

    • 측정 파장 범위는 광섬유와 비구면 렌즈의 파장 대역에 의해 제한될 수 있음

    • 소구경 다중모드 광섬유 권장



정렬 단계 


    • XY축 이동 마운트와 Z축 이동 마운트를 모두 제거

    • 포물면 거울과 광섬유 어댑터 사이의 광학 정렬을 조정하여 평행 빔 생성 (그림 5의 Optical Layout Block 참조)

    • 비구면 렌즈가 장착된 XY축 이동 마운트와 Z축 이동 마운트를 케이지 조립 막대를 이용해 DUT에 조립

    • DUT 출력 빔의 평행도 조정 및 Optical Layout Block의 구성 요소에 맞게 설정

    • 측정된 출력 전력을 최대화하도록 XY축 이동 마운트 조정



광학 정렬


    • 포물면 거울과 광섬유 어댑터 사이의 광학 정렬을 조정하여 평행 빔 생성

    • 위에서 생성한 평행 빔을 사용하여 DUT의 광학 정렬 조정 (뷰어 카드 또는 정렬 디스크 사용 가능)

    • XYZ축 이동 마운트를 조정하여 OSA에서 측정되는 전력 최대화



  •  

Jig Type L-4 Free Space Light Measurement | Free Space Light Measurement Jig Selection and Setup | Yokogawa Test&Measurement


그림 5: 지그 타입 L-4 구성 요소 배치 
 



지그 타입 T-1: 광학 필터 투과 특성

대구경 다중모드 광섬유용으로 설계되고 반사 광학을 사용하는 T-1 지그 타입은 광학 필터의 투과 특성을 넓은 파장 범위에서 낮은 삽입 손실로 측정하며, 광학 정렬 조정이 필요하지 않습니다.


고려사항 

  • 1인치 광학 필터에만 적용

  • 측정 파장 범위는 광섬유의 파장 대역에 의해 제한될 수 있음

  • 대구경 다중모드 광섬유(> 200 μm) 권장



Jig Type T-1 Configuration | Free Space Light Measurement Jig Setup | Yokogawa Test&Measurement


그림 6. 지그 타입 T-1 구성 요소 배치




Loss-Wavelength Characteristics 450nm-1700nm | Free Space Light Measurement Jig Setup | Yokogawa Test&Measurement그림 7: 400 μm 다중모드 광섬유를 사용하여 AQ6374 OSA로 측정한 삽입 손실. 1400 nm 부근의 피크는 수증기 흡수 스펙트럼이며 (OSA 퍼지 기능 사용 시 감소 가능)

Loss-Wavelength Characteristics 1700nm-5000nm | Free Space Light Measurement Jig Setup | Yokogawa Test&Measurement그림 8. 400 μm 다중모드 광섬유를 사용하여 AQ6376 및 AQ6377 OSA로 측정한 삽입 손실. 2700 nm 및 4200 nm 부근의 피크는 수증기 흡수 스펙트럼(OSA 퍼지 기능 사용 시 감소 가능), 4400 nm~5000 nm 구간의 큰 노이즈는 감도 한계로 인함(스펙트럼 출력 밀도가 높은 광원 사용 시 감소 가능)

 

광원 선택

광학 필터의 투과 특성을 측정하려면 광대역 광원이 필요합니다. 주요 광대역 광원 네 가지 유형은 증폭 자발 방출(ASE), 슈퍼루미네선트 다이오드(SLD), 슈퍼 컨티넘(SC), 그리고 백색광입니다

Wavelength Bands for Optical Communications | Free Space Light Measurement Jig Setup | Yokogawa Test&Measurement


그림 9: 파장 대역 및 광원 비교
 

ASE 광원

  • 1550 nm
  • 광통신에서 DWDM 애플리케이션

  • 높은 스펙트럼 출력 밀도 및 안정성

  • 좁은 파장 대역폭

  • 정밀도 높고 동적 범위가 큰 측정

SLD 광원

  • 4파장 타입은 O~L 밴드를 커버할 수 있음

  • 스펙트럼 출력 밀도는 ASE보다 약간 낮음

  • ASE의 파장 대역폭이 충분하지 않을 경우 사용

SC 광원

  • VIS – 2400 nm
  • 매우 높은 스펙트럼 출력 밀도

  • SLD 광원보다 낮은 스펙트럼 출력 안정성

  • SLD의 파장 대역폭이나 출력이 충분하지 않을 경우 사용

White광원 

  • >2400 nm

  • VIS ~ 약 5500 nm

  • 측정 시간이 길어질 수 있음

  • 매우 낮은 스펙트럼 출력 밀도와 좁은 동적 범위 측정

  • 다른 광원의 파장 대역폭이 충분하지 않을 경우에만 사용


 

Comparison of Light Sources | Free Space Light Measurement Jig Setup | Yokogawa Test&Measurement


그림 10. 광원 비교



광섬유 선택

L-1, L-2, L-3, L-4 지그 타입의 경우, 광섬유 선택은 측정 파장과 요구되는 파장 해상도에 따라 이루어집니다.

  • <2300 nm에서는 실리카 광섬유 사용

  • >2300 nm에서는 플루오라이드 광섬유 사용

  • 광섬유 코어 직경이 작을수록 OSA 파장 해상도가 향상됨

  • 코어 직경이 클수록 빛 포집과 광학 정렬이 용이함

  • 높은 파장 해상도가 필요하지 않은 경우 대구경 코어 광섬유 권장

  • L-1 및 L-2 지그 타입에서는 결합 효율을 위해 100 μm 이상 다중모드 광섬유 사용

  • L-3 및 L-4 지그 타입에서는 200 μm 미만 다중모드 광섬유 또는 단일모드 광섬유 사용

Optical Fiber Examples | Free Space Light Measurement Jig Setup | Yokogawa Test&Measurement


Figure 11: 광섬유 예시

 

T-1 지그 타입의 경우, 파장, 요구되는 동적 범위, 파장 해상도, 광원에 따라 적절한 광섬유를 선택합니다. 

광섬유를 선택할 때, 동일한 재질로 만들어진 여러 광섬유라도 경우에 따라 파장 특성이 다를 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 


ASE, SLD, and SC 광원

  • 이들 광원의 출력 포트는 대부분 단일모드 광섬유

  • 광원 → 지그 연결에는 단일모드 광섬유 사용

  • 지그 → OSA 연결에는 대구경 다중모드 광섬유 사용

  • 코어 직경 > 200 μm 권장

  • 파장과 광원 커넥터에 따라 선택

White 광원 

  • Large diameter multimode fibers > 400 μm recommended
  • Use optical fibers with same core diameter for light source-to-jig and jig-to-OSA
  • Increase core diameter < 800 μm to improve dynamic range
  • Decrease core diameter > 200 μm to improve wavelength resolution



 

Optical Fiber Examples | Free Space Light Measurement Jig Setup | Yokogawa Test&Measurement


그림 12: 광섬유 예시
 

정렬 도구


뷰어 카드 
뷰어 카드는 적외선 빛의 조사 지점을 시각화하고 광학 정렬을 용이하게 합니다. 빛의 진행 방향으로 카드를 앞뒤로 움직이면, 크기 변화를 통해 빛이 평행한지 확인할 수 있습니다. 뷰어 카드 모델은 광원 파장에 따라 다릅니다.


쉬어링 간섭계(평행도 테스트기)
쉬어링 간섭계는 빛이 평행한지(즉, 간섭 무늬가 기준선과 평행한지) 확인하는 데 사용됩니다. 평행도 측정에는 He-Ne 레이저와 같은 단일모드 가시광 레이저가 사용됩니다(파브리-페로 레이저나 광대역 광원은 간섭 무늬를 생성하지 않으므로, 단일모드 광섬유에 결합된 가시광 광원을 사용할 수 있습니다).


정렬 디스크 
뷰어 카드와 마찬가지로, 정렬 디스크는 적외선 빛의 조사 지점을 시각화하여 광학 정렬을 용이하게 합니다. 또한 케이지 시스템과 호환됩니다.
 

결론

광원과 용도에 따라, 자유 공간에서 진행하는 빛의 방출 스펙트럼과 광학 필터의 투과 스펙트럼을 측정하기 위한 다양한 지그 옵션과 구성 방식이 제공됩니다. 간단한 광학 배치를 구성하든 복잡한 실험 시스템을 구축하든, 요구 사항에 맞게 정밀하게 맞춤 설정할 수 있는 여러 지그 구성이 있습니다. 이러한 구성은 기본적인 분광기 기반 배치부터, 광섬유, 평행도 조정기, 거울 등을 통합하여 정밀하고 정확한 측정을 가능하게 하는 고급 조합까지 폭넓게 포함됩니다.

 

이 권장 사항은 내부 커넥터가 없고 자유 공간 입력을 사용하는 OSA(예: AQ637x 시리즈)에만 적용되며, 내부 입력 커넥터 설계를 가진 OSA(예: AQ6380 OSA)에는 적용되지 않습니다.



Free Space Light Measurement Jig Selection and Setup

Introduction

When using an optical spectrum analyzer (OSA) to measure light propagating in free space, and because the input to an OSA is typically via a fiber optic connection, an adaptive fixture is often required.* This fixture, more commonly referred to as a jig, enables coupling of the light into an optical fiber. This application note introduces free space light measurement jigs as a recommendation for measuring the emission spectrum of a light source that propagates in free space or the optical transmission spectrum of an optical filter. It describes four types of jigs for light sources and one type for filters.
 

Specialized Setups for Complex Optical Applications

In recent years there has been a dramatic increase in optics-related R&D and manufacturing applications across multiple industries (e.g., telecom, biomedical, environmental monitoring, gas sensing/analysis) that necessitate advanced optical spectral measurements, and specifically, the measurement of light in free space.

Given the complexities of measuring free space light, the use of a specialized jig is typically employed to ensure that data is captured accurately and with the highest precision possible.

Visible Wavelength Optical Spectrum Analyzer (OSA) | Yokogawa Test&MeasurementFigure 1: The AQ6373E Optical Spectrum Analyzer from Yokogawa Test&Measurement covers the visible wavelength range of 350 nm to 1200 nm and is designed for bio-photonics applications
 

Selecting a Jig Type

When selecting the best jig type for a project, it is important to consider the target object, required coupling efficiency, and budget.

Light Source Measurement Options and Comparisons | Free Space Light Measurement Jig Selection and Setup | Yokogawa Test&Measurement*1 The actual wavelength range is limited by the wavelength bandwidth of optical fibers and lenses
Table 1: Jig types L-1, L-2, L-3, and L-4 are used for light source measurements 

 

Optical Filter Measurement | Free Space Light Measurement Jig Selection and Setup | Yokogawa Test&Measurement*1 The actual wavelength range is limited by the wavelength bandwidth of optical fibers and lenses
Table 2: Jig type T-1 is used for optical filter measurement

Jig Type L-1: General Purpose

L-1 jig types are used for general purpose light source measurement. Applicable for both divergent and collimated light, L-1 jigs are easy to use, low-cost, and enable precise optical alignment with XY-axis translation mount.

Considerations

  • Device under test (DUT) must be fixed and roughly aligned by user
  • Measurement wavelength range may be limited by wavelength band of the optical fiber
  • Large-diameter multimode fiber recommended

Alignment Steps

  • If available, use of a viewer card is recommended for more precise optical alignment
  • Place the DUT optical output as close as possible to the center of the optical fiber connector end face, making certain not to touch it
  • Adjust the position of the optical fiber connector end face with the XY-axis translation mount to maximize the amount of power measured

Jig Type L-1 Configuration | Free Space Light Measurement Jig Setup | Yokogawa Test&MeasurementFigure 2: Jig type L-1 component configuration

 

Jig Type L-2: TO-CAN

L-2 jig types are used for measurements relating to TO-CAN (divergent) light sources. Simple to use and low-cost, they utilize a cage system for easy optical alignment with the XY-axis translation mount.

Considerations

  • If measuring divergent light sources other than TO-CAN, an L-1 jig type can be used
  • Measurement wavelength range may be limited by wavelength band of the optical fiber
  • Large-diameter multimode fiber recommended

Alignment Steps

  • Fix the DUT optical output into the cage plate and as close as possible to the center of the optical fiber connector end face, making certain not to touch it
  • Adjust the position of the optical fiber connector end face with the XY-axis translation mount to maximize the amount of power measured

Jig Type L-2 Configuration | Free Space Light Measurement Jig Setup | Yokogawa Test&MeasurementFigure 3: Jig type L-2 component configuration
 

Jig Type L-3: Low-Loss (TO-CAN)

L-3 jig types are used for measurements of divergent light with low coupling loss due to aspheric lenses or parabolic mirrors. They use a cage system plus two translation mounts for precise optical alignment.

Considerations

  • Applicable to TO-CAN-specific divergent light sources only
  • Measurement wavelength range may be limited by the aspheric lens and optical fiber wavelength band
  • Small-diameter multimode fiber recommended

Alignment Steps

  • Remove both the XY-axis translation mount and the Z-axis translation mount
  • Adjust optical alignment between the parabolic mirror and the optical fiber adapter to create a collimated beam (Block A in Figure 4)
  • Assemble the XY-axis translation mount, fitted with the aspheric lens and the Z-axis translation mount, with the DUT using cage assembly rods
  • Adjust the collimation of the DUT output beam (Block B in Figure 4) and configure to the components from Block A
  • Adjust the XY-axis translation mount to maximize the amount of power measured

Optional Steps

  • Use visible laser source with single-mode output and shearing interferometer (collimation tester) for easier optical alignment
  • Input the visible laser’s output through the optical fiber adapter and to the parabolic mirror within the mirror mount
  • Input the parabolic mirror’s output light into the shearing interferometer
  • Adjust the mirror mount and the XYZ-axes movement mount until the interference fringes become a collimated beam
  • Adjust XYZ-axis so the DUT output light on the Z-axis translation mount is collimated by the aspherical lens on the XY-axis translation mount
  • Check the state of collimation using an alignment disk

Jig Type L-3 Configuration | Free Space Light Measurement Jig Setup | Yokogawa Test&MeasurementFigure 4: Jig type L-3 component configuration
 

Jig Type L-4: Low-Loss (Parallel Light)

L-4 jig types measure divergent light with low coupling loss due to aspheric lenses or parabolic mirrors using a cage system plus two translation mounts for precise optical alignment.

Considerations

  • Applicable only for TO-CAN-specific divergent light sources
  • Use Type L-1 for divergent light sources other than TO-CAN
  • Measurement wavelength range may be limited by wavelength band of the optical fiber and aspheric lens
  • Small-diameter multimode fiber recommended

Alignment Steps

  • Remove both the XY-axis translation mount and the Z-axis translation mount
  • Adjust optical alignment between the parabolic mirror and optical fiber adapter to create a collimated beam (Optical Layout Block in Figure 5)
  • Assemble the XY-axis translation mount, fitted with the aspheric lens and the Z-axis translation mount, with the DUT using cage assembly rods
  • Adjust the collimation of the DUT output beam and configure to the components from Optical Layout Block
  • Adjust the XY-axis translation mount to maximize the amount of power measured

Optical Alignment

  • Adjust the optical alignment between the parabolic mirror and the optical fiber adapter to create a collimated beam  
  • Adjust the optical alignment of the DUT using the above collimated beam (can use a viewer card or alignment disk to assist)
  • Adjust the XYZ-axis translation mount to maximize the power measured by the OSA
     

Jig Type L-4 Free Space Light Measurement | Free Space Light Measurement Jig Selection and Setup | Yokogawa Test&MeasurementFigure 5: Jig type L-4 component configuration
 

Jig Type T-1: Optical Filters Transmission Characteristics

Designed for large-diameter multimode fiber and using reflective optics, T-1 jig types measure the transmission characteristics of optical filters with low insertion loss over a wide wavelength range and do not require optical alignment adjustments.

Considerations

  • Applicable only to one-inch optical filters
  • Measurement wavelength range may be limited by wavelength band of the optical fiber
  • Large-diameter multimode fiber (> 200 μm) recommended

Jig Type T-1 Configuration | Free Space Light Measurement Jig Setup | Yokogawa Test&MeasurementFigure 6. Jig type T-1 component configuration

Loss-Wavelength Characteristics 450nm-1700nm | Free Space Light Measurement Jig Setup | Yokogawa Test&MeasurementFigure 7: Insertion loss measured with an AQ6374 OSA using 400 μm multimode fiber, peaks near 1400 nm are water vapor absorption spectrum (can be reduced using OSA purge feature)

Loss-Wavelength Characteristics 1700nm-5000nm | Free Space Light Measurement Jig Setup | Yokogawa Test&MeasurementFigure 8. Insertion loss measured with AQ6376 and AQ6377 OSA using 400 μm multimode fiber, peaks near 2700 nm and 4200 nm water vapor absorption spectrum (can be reduced using OSA purge feature), large noises between 4400 nm and 5000 nm due to sensitivity limitations (can be reduced using light source with high spectral power density)

 

Selecting a Light Source

A broadband light source is required to measure the transmission characteristics of optical filters. The four primary broadband light source types are amplified spontaneous emission (ASE), super luminescent diode (SLD), super-continuum (SC), and white light.

Wavelength Bands for Optical Communications | Free Space Light Measurement Jig Setup | Yokogawa Test&MeasurementFigure 9: Wavelength bands and comparison of light sources
 

ASE Light Source

  • 1550 nm
  • DWDM applications in optical communications
  • High spectral power density and stability
  • Narrow wavelength bandwidth 
  • High precision and high dynamic range measurements

SLD Light Source

  • 1300 nm – 1550 nm
  • Four-wavelength type can cover O-L band
  • Spectral power density slightly lower than ASE
  • Use if ASE wavelength bandwidth is not sufficient

SC Light Source

  • VIS – 2400 nm
  • Very high spectral power density
  • Spectral power stability lower than SLD light
  • Use if SLD wavelength bandwidth or output power is not sufficient

White Light Source

  • >2400 nm
  • VIS – ~5500 nm
  • Measurements may take longer
  • Very low spectral power density and narrow dynamic range measurement
  • Use only if wavelength bandwidth of other light sources is insufficient

 

Comparison of Light Sources | Free Space Light Measurement Jig Setup | Yokogawa Test&MeasurementFigure 10. Comparison of light sources

Selecting Optical Fibers

For jig types L-1, L-2, L-3, and L-4, optical fiber selection is made according to the measurement wavelength and required wavelength resolution.

  • Use silica optical fibers for <2300 nm
  • Use fluoride optical fibers for >2300 nm
  • The smaller the optical fiber core diameter, the better the OSA wavelength resolution
  • The larger the core diameter, the easier it is to capture light and adjust optical alignment
  • Large-core fibers are recommended unless high wavelength resolution is required
  • Use multimode fibers >100 μm for coupling efficiency in jig types L-1 and L-2
  • Use multimode fibers <200 μm or single-mode fibers for jig types L-3 and L-4

Optical Fiber Examples | Free Space Light Measurement Jig Setup | Yokogawa Test&MeasurementFigure 11: Optical fiber examples

 

For jig type T-1, select a suitable optical fiber according to wavelength, required dynamic range, wavelength resolution, and light source. When selecting optical fiber, it’s important to note that even when multiple optical fibers are made of the same material, they can sometimes have different wavelength characteristics.

ASE, SLD, and SC Light Sources

  • Output port of these light sources mostly single-mode fibers
  • Use single-mode fibers for light source-to-jig
  • Use large-diameter multimode fibers for jig-to-OSA
  • Core diameter > 200 μm recommended
  • Select according to wavelength and light source connector

White Light Source

  • Large diameter multimode fibers > 400 μm recommended
  • Use optical fibers with same core diameter for light source-to-jig and jig-to-OSA
  • Increase core diameter < 800 μm to improve dynamic range
  • Decrease core diameter > 200 μm to improve wavelength resolution

 

Optical Fiber Examples | Free Space Light Measurement Jig Setup | Yokogawa Test&MeasurementFigure 12: Optical fiber examples
 

Alignment Tools

Viewer Card
Viewer cards visualize the irradiation point of infrared light and facilitate optical alignment. By moving the card back and forth in the direction of light propagation, it becomes possible to confirm the light is parallel via size change. Viewer card models differ depending on light source wavelength

Shearing Interferometer (Collimation Tester)
A shearing interferometer is used to determine if light is collimated (i.e., interference fringes are parallel to the reference line). A single-mode visible laser, such as a He-Ne laser, is used for collimation (Fabry-Perot lasers and broadband light sources do not produce interference fringes so single-mode fiber-coupled visible light sources can be used).

Alignment Disk
Like viewer cards, alignment disks visualize the irradiation point of infrared light to facilitate optical alignment. Additionally, they are compatible with a cage system
 

Conclusion

Depending on the source and application, there are multiple jig options and configurations available to measure the emission spectrum of light propagating in free space, as well the optical transmission spectrum of an optical filter. Whether constructing a straightforward optical arrangement or an intricate experimental system, various jig setups are available that enable customization precisely suited to your requirements. These setups encompass a spectrum of configurations, from basic spectrometer-based arrangements to sophisticated combinations that integrate optical fibers, collimators, and mirrors, to enable precise and accurate measurements.

 

*Please note these recommendations are applicable only to OSAs that do not have an internal connector and use a free space input (such as the AQ637x series) and are not applicable to OSAs with an internal input connector design (e.g., the AQ6380 OSA).


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      • Single-mode and multi-mode
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      AQ6373E Visible Wavelength 350 - 1200 nm

        • 0.02 nm resolution
        • ±50 pm accuracy
        • 60 dB dynamic range
        • -80 dBm level sensitivity
        • Single-mode and multi-mode
        • Industrial & biomedical laser testing
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        AQ6374E Wide Wavelength Range 350 - 1750 nm

          • 0.05 nm resolution
          • ±50 pm accuracy
          • 60 dB dynamic range
          • -80 dBm level sensitivity
          • Single-mode and multi-mode
          • Visible to communications wavelengths
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          AQ6375E Long Wavelength 1200 to 2400 nm and 1000 to 2500 nm

            • 0.05 nm resolution
            • ±50 pm accuracy
            • 55 dB close-in dynamic range
            • 90 dB measurement dynamic range
            • -70 dBm level sensitivity
            • Single-mode and multi-mode
            • NIR and SWIR wavelengths
            • Advanced pulsed light measurement (APLM) mode
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            Optical Spectrum Analyzers

              • High-resolution measurement of optical power vs wavelength
              • Ideal for R&D, manufacturing, and laser characterization
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