광 파워 미터란?
광 파워미터(영어: Optical power meter)는 빛의 강도(파워)를 측정하기 위한 장치를 말합니다.
특히 광섬유 통신에 사용되는 빛의 강도를 측정할 때 ‘광 파워미터’라는 명칭이 사용됩니다. 측정하는 빛의 종류나 측정 단위 체계에 따라 다양한 명칭이 사용되고 있으며, 예를 들어 레이저 파워미터, 방사조도계, 광도계, 조도계 등의 명칭이 일반적으로 사용되고 있습니다.
이름만 다를 뿐 아니라 측정 결과를 표시하는 단위도 다르지만, 물리적인 빛의 세기를 나타낸다는 점에서는 모두 공통점이 있습니다.
광 파워미터의 사용 용도
광 파워미터의 사용 용도는 빛의 강도의 절대값을 정확하게 측정하고자 할 때 사용됩니다.
빛의 세기를 측정하는 장치로서 매우 범용성이 높아 광섬유 통신의 통신 파장 광원이나 각종 레이저, LED 등의 범용 광원 등 다양한 광원의 출력을 측정하는 데 활용되고 있습니다. 가격도 저렴하고, 실험실 내뿐만 아니라 다양한 현장에서 활용될 수 있도록 소형의 핸디형 제품도 많이 판매되고 있습니다.
너무 강한 빛에 노출되면 안구 손상 등 생체에 독성을 가져와 위험할 수 있기 때문에 레이저 광원 등을 안전하고 올바르게 다루기 위해서는 사용하는 빛의 강도를 측정하는 것이 매우 중요합니다.
광 파워 미터의 원리
광 파워미터의 원리는 광전효과를 이용한 포토다이오드나 바이오센서 등의 센싱 디바이스를 이용하여 측정하고자 하는 빛의 강도 값을 전류값이나 온도 변화 등의 물리적 척도로 변환하여 계측하는 것입니다.
일반적으로 광 파워미터는 광강도를 측정하기 위한 반도체 센서와 그 결과를 출력하는 디스플레이와 같은 표시기로 구성됩니다. 반도체 센서로 사용되는 것은 광전효과에 의해 광강도를 전류값으로 측정하는 포토다이오드 센서와 센서가 빛을 받았을 때의 온도 변화를 측정하는 써모파이로 센서나 파이로일렉트릭 센서가 사용됩니다.
특히 포토다이오드 센서는 수광한 광자량에 대해 높은 선형성으로 전류값으로 변환할 수 있어 많은 광 파워미터에 채용되고 있습니다.
이러한 센서에서 전류값으로의 변환이나 온도 변화는 수광하는 파장에 따라 효율이 다르기 때문에, 측정 결과의 신뢰성을 확보하기 위해 센서는 각 파장에 대해 올바르게 조정되어 있어야 합니다. 경우에 따라서는 감도가 낮은 파장대를 보정하기 위해 센서 입력 증폭기를 사용하여 신호를 증폭하는 경우도 있습니다.
광 파워 미터의 기타 정보
1. 광 파워 미터가 다루는 빛의 파장에 대해
광 파워미터는 빛의 강도를 측정하는 장치이므로 빛의 파장을 측정할 수 없습니다. 측정 결과로 빛의 파장과 강도가 표시되지만, 이 파장은 측정된 것이 아니라 그 파장에 최적화된 보정을 사용했다는 의미이며, 사용자가 직접 측정에 맞게 설정하는 것이므로 주의가 필요합니다.
일반적으로 광 파워미터는 예를 들어 블루레이 디스크나 DVD 등의 용도로 가시광선 400nm에서 700nm의 파장 범위에서 여러 파장을 선택할 수 있는 타입이나 광섬유 통신용으로 1,300nm에서 1,550nm 등 자주 사용되는 범위의 레이저 광원 파장을 중심으로 합니다. 여러 파장을 선택할 수 있는 타입이 수요도 많아 많이 취급되고 있습니다.
2. 광 파워 측정 시 유의사항
광 파워미터에 많이 사용되는 포토다이오드는 반도체의 PN 접합에 빛이 입사하여 발생하는 밴드간 흡수에 의한 광기전력, 즉 광전효과를 그 동작원리로 하고 있지만, 포토다이오드는 그 밴드갭의 양에 따라 전류값으로 변환할 수 있는 광파장이 크게 다릅니다.
예를 들어, InGaAs라는 화합물 반도체계 포토다이오드에서는 800nm에서 1,700nm 부근의 광파장 대응이 가능하며, Si계 포토다이오드에서는 400nm부터 가시광선까지 대응 가능합니다.
따라서 측정하고자 하는 광파장에 적합한 광 파워 미터를 사용하지 않으면 값이 정확하지 않을 뿐만 아니라 경우에 따라서는 평가가 불가능할 수도 있습니다. 광섬유 통신의 평가는 온도 변화나 진동으로 파장이 흔들릴 가능성도 있어 정확한 평가를 위해서는 측정 파장의 정합성과 안정된 온도, 진동이 없는 환경적 배려가 중요합니다.