テスト・コードの検証時に「プラス損失」になる理由

2018 年 8 月 1 日 / Seymour Goldstein / General

Verification of test reference cords is easy, right? 通常はそうですが、そうでないこともあります。基準値設定手順に従ってパワー・メーターを 0 dB に設定すると、嵌合コネクター・ペアの損失は、シングルモードの場合、0.20 dB 未満(-0.20 dB など)になることが予測されます。損失がマイナスではない( +0.15 dB など)状況を分析してみましょう。

コネクターの損失を認証し、コネクターが「基準等級」であるかどうかを確認する一般的なプロセスは次のとおりです。

テスト・コード(TC1)を光源に接続し、出力パワーを測定します。基準値は 0 dB に設定します(図 1 参照)。

1 コード基準法を用いた基準値の設定
図 1. 1 コード基準法を用いて基準値を設定

パワー・メーターから TC1 を取り外し、他のテスト基準コード(TC2)を TC1 の出力側とパワー・メーターとの間に接続します。点線の円で囲まれている嵌合コネクター・ペアの損失を測定します(図 2 参照)。

UPC-UPC テスト・コードを使用して TC1 および TC2 間の損失を測定
図 2. UPC-UPC テスト・コードを使用して TC1 および TC2 間の損失を測定

いくつかのテスト・コードで収集されたデータは、-0.19 dB や -0.12 dB などの予測された測定値を示します。

次は、TC2 の代わりに、TC3(UPC-APC テスト・コード)を使ってテストを繰り返します。この方法は推奨されません。その理由は後で説明します。UPC の端を TC1、APC の端をパワー・メーターに接続します。この構成では、嵌合コネクター・ペアの減衰量の測定結果が +0.27 と +0.23 dB になりました(図 3 参照)。

UPC-APC テスト・コードを使用して TC1 および TC3 間の損失を測定
図 3. UPC-APC テスト・コードを使用して TC1 および TC3 間の損失を測定

パワー・メーター側で受けるパワーはより大きくなります。では、なぜこのような結果になるのでしょうか?パワー・メーターへの接続に UPC コネクターまたは APC コネクターのどちらを使っても、テスト・コードを通して入射される光の量は同じはずです。開口端面 UPC と APC 端面のいずれの場合も、光はコネクター端面に対して垂直に出射します。一方、パワーメーターのフォトダイオードから見ると、APC テスト・コードを使用した場合、スポット・サイズがフォトダイオードのアクティブ・エリアからずれています(図 4 参照)。ずれているだけでなく、スポット・サイズが円形から少し楕円形に変化しています。

スポットの位置のずれ
図 4. UPC-APC 開口端面からずれているスポットの位置

ここで注目すべき点は、APC-APC 嵌合ペアの損失をテストする場合は、UPC-APC テスト・コード(TC1)を使用して基準を設定できたことです。これにより、フォトダイオードのより応答性の高い部分で基準測定を行えます。この場合、受け入れコードに APC-UPC を使用し、UPC 端をパワー・メーターに接続すれば、マイナス損失になる可能性が高くなります。

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このテストを別のパワー・メーター(通常ラボで使われるパワー・メーター)を使用して繰り返せば、より予測可能な結果が得られます。光パワー・メーターのインターフェースに UPC または APC コネクターのどちらを使用しても、コネクター損失の測定結果に大きな差はでません。いずれの場合も、マイナス損失になります。

では、原因は何でしょうか?フォトダイオード不均一性は、フォトダイオードのアクティブ・エリアで光がどのように電子に変換されるかを説明しています。フォトダイオードの均一性が高ければ、スポット・サイズの位置にかかわらず、応答性に差は出ません。パワーの測定値はここで示すように高くなったり、または損失が多い場合は低いパワー値になります。Optical power meters used in the field typically have higher uncertainty than laboratory optical power meters. ラボのパワー・メーター用にフォトダイオードの均一性を指定、選択、検査、テストすることも可能ですが、高いコストがかかり、フィールド機器には必要ないかもしれません。この状況は現場ではめったに見られませんが、パワー・メーターの特性を明確に説明し、測定時に UPC と APC を混在させてはいけない理由を示しています。光パワー測定を行う際、基準ステップから測定ステップの間で行われる変更はすべて条件の変更になるため、避ける必要があります。

さまざまな波長やパワー・レベルに応じて、検出器の表面上の光電変換は異なることがあります。フォトダイオードのアクティブ・エリアの x 軸と y 軸全体をスキャンしたとします。そのようなスキャンのプロット図から、表面が均一ではないことが分かるかもしれません。この概念は、3 mm のフォトダイオードの応答性と位置を比較した 2 次元グラフを検証するこでも説明できます。下の図では、検出器が完全に均一であることが分かります(図 5 参照)。一方、不均一な検出器は、アクティブ・エリアにわたって応答性にばらつきがあることがわかります(図 6 参照)。

完全に均一なフォトダイオードのアクティブ領域
図 5. アクティブ・エリアの均一性が完全なフォトダイオード

 

不均一なフォトダイオードのアクティブ領域
図 6. アクティブ・エリアが不均一なフォトダイオード

結論

  • UPC コネクターと APC コネクターを混在させない
  • UPC コネクターを使用してパワー・メーターの基準設定を行うときは、UPC コネクターを使用して減衰量を測定する
  • APC コネクターを使用してパワー・メーターの基準設定を行うときは、APC コネクターを使用して減衰量を測定する
  • フォトダイオードのアクティブ・エリア全体(検出器の表面)が不均一な場合がある
  • フォトダイオードの不均一性により、テスト・コードから発せられるスポット・サイズの大きさまたは位置が変われば、測定値にも小さな変化を及ぼすことがある

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