Tunable Light Source-Uniform Light source(파장 가변 광원(TLS) – 균일 광원)
Introduction
light sources are very popular in many optical experiments, but many can’t provide monochromatic light or a short bandwidth light. Tunable Light Source (TLS) can match these requirements. It’s very easy to achieve high bright emission light or hight resolution monochromatic light with a diffraction system.
Application
Uniform light source is one important part of TLS system, which is widely used in the non-uniformity measurement of array detectors, such as CCD or CMOS camera.
Non-uniformity measurement of CCD
CCD contains many pixels, each pixel may behave a little different, because of the quality of silicon or the manufacturing. We may find each pixel has different dark current and Quantum efficiency, even when the capturing settings (AD values, exposure Time) are same. Non-uniformity measurement is very important in some areas, such as in Astronomy, we need to know the non-uniformity of the big array detector before observation.
Uniform light source plays a key role in the whole non-uniformity system.
Fig.1：Diagram of non-uniformity measurement of CCD Chip, including TLS and Integrating Sphere
After integrating Sphere, the monochromatic light is uniform, which is suitable for non-uniformity measurement. Tungsten lamp is often used in this kind of measurement, as it output a wide range wavelength (from UIS to NIR), and the spectral is smooth.
Before the non-uniformity measurement, we should test the stability and uniformity of light after integrating Sphere.
With a power meter put on the output of Integrating Sphere, we can get two values of light energy, one is on the beginning of the lamp start, the other is after long time working (for example, after 30 Mins). We may optimize the working current till the stability of light power is the best. If the stability of power is within 1%, we may say the stability is suitable for the measurement!
Also, For the uniformity measurement of light spot, we can put the power meter on a X-Y stage, where the CCD chips will stand. With a small step scanning, we can find if the light spot is suitable for the measurement with measuring the light power step by step.
Now, we can do the non-uniformity measurement. With the help of shutter, we get the two image data, (dark image and illuminating image) with the same acquisition settings. After analysing the data, non-uniformity of CCD will be achieved!
Zolix can provide different kinds of tunable light source, which are suitable for applications in many field!
TLS(320mm Monochromator+Light source)
| Light Source | Instability | Output rang(nm) |
| Xe lamp（75W、150W） | 1% | 200-2000nm |
| Xe lamp（300W、500W） | 10% | 200-2000nm |
| EQ light source | 1% | 200-2000nm |
| Tungsten lamp（150W、250W） | 1% | 350-2500nm |
| 40W IR source | 1% | 1.1-12um |
TLS(200mm Monochromator+Light source)
| Light Source | Instability | Output rang(nm) |
| Xe lamp（75W、150W） | 1% | 200-1000nm |
| Xe lamp（300W、500W） | 10% | 200-1000nm |
| EQlight source | 1% | 200-1000nm |
| Tungsten lamp（150W、250W） | 1% | 350-2500nm |
| 40W IR source | 1% | 1.1-8um |
References
[1] Liang Shaolin, Wang Yongmei, Mao Jinghua, Jia Nan, Shi Entao,Infrared and Laser Engineering, 0417004, 48（2019）.
[2] EMVA Standard 1288,Standard for Characterization of Image Sensors and Cameras，2021.
[3] Wang Shushu, Ping Yiding, Men Jinrui, Zhang Chen, Zhao Changyin，Proc. SPIE 11525, SPIE Future Sensing Technologies, 115252I (2020).
서론 (Introduction)
광원은 많은 광학 실험에서 매우 널리 사용되지만, 대부분의 일반 광원은 단색광(Monochromatic light)이나 좁은 대역폭(Short bandwidth)의 빛을 제공하지 못합니다. 파장 가변 광원(Tunable Light Source, TLS)은 이러한 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 회절 시스템(분광 시스템)을 이용하면 고휘도 방출광이나 고분해능 단색광을 매우 쉽게 얻을 수 있습니다.
응용 (Application)
균일 광원(Uniform light source)은 TLS 시스템의 중요한 부분 중 하나로, CCD나 CMOS 카메라와 같은 어레이 검출기(Array detector)의 비균일성(Non-uniformity) 측정에 널리 사용됩니다.
CCD의 비균일성 측정
CCD는 수많은 픽셀로 구성되어 있으며, 실리콘의 품질이나 제조 공정상의 이유로 각 픽셀의 거동이 조금씩 다를 수 있습니다. 캡처 설정(AD 값, 노출 시간 등)이 동일하더라도 각 픽셀은 서로 다른 암전류(Dark current)와 양자 효율(Quantum efficiency)을 가질 수 있습니다. 비균일성 측정은 특정 분야에서 매우 중요한데, 예를 들어 천문학(Astronomy)에서는 관측 전에 대형 어레이 검출기의 비균일성을 파악해야 합니다.
전체 비균일성 측정 시스템에서 균일 광원은 핵심적인 역할을 수행합니다.
분구(Integrating Sphere)를 통과한 단색광은 균일해지며, 이는 비균일성 측정에 적합합니다. 이 측정에는 주로 텅스텐 램프가 사용되는데, 이는 가시광선에서 근적외선(NIR)에 이르는 넓은 파장 대역을 출력하며 스펙트럼이 부드럽기 때문입니다.
비균일성 측정에 앞서, 적분구를 거친 빛의 **안정성(Stability)**과 **균일성(Uniformity)**을 테스트해야 합니다.
- 안정성 테스트: 적분구 출력단에 파워 미터(Power meter)를 설치하여, 램프 초기 시동 시와 장시간 작동 후(예: 30분 후)의 광 에너지를 측정합니다. 광 출력이 가장 안정될 때까지 작동 전류를 최적화합니다. 전력 안정성이 1% 이내라면 측정에 적합하다고 판단할 수 있습니다.
- 균일성 테스트: 광점(Light spot)의 균일성 측정을 위해, CCD 칩이 위치할 자리에 파워 미터를 X-Y 스테이지(X-Y stage)에 장착합니다. 미세한 간격으로 스테이지를 이동(Step scanning)하며 광량을 측정하여 광점이 측정에 적합한지 확인합니다.
테스트가 완료되면 비균일성 측정을 수행합니다. 셔터(Shutter)를 이용하여 동일한 획득 설정으로 두 개의 이미지 데이터(다크 이미지와 조명 이미지)를 얻습니다. 이 데이터를 분석하여 CCD의 비균일성 값을 도출합니다.
Zolix는 다양한 분야의 응용에 적합한 여러 종류의 파장 가변 광원을 제공합니다.
사양 (Specifications)
TLS (320mm 모노크로메이터 + 광원)
| Light Source | Instability | Output rang(nm) |
| Xe lamp（75W、150W） | 1% | 200-2000nm |
| Xe lamp（300W、500W） | 10% | 200-2000nm |
| EQ light source | 1% | 200-2000nm |
| Tungsten lamp（150W、250W） | 1% | 350-2500nm |
| 40W IR source | 1% | 1.1-12um |
TLS(200mm 모노크로메이터 + 광원)
| Light Source | Instability | Output rang(nm) |
| Xe lamp（75W、150W） | 1% | 200-1000nm |
| Xe lamp（300W、500W） | 10% | 200-1000nm |
| EQlight source | 1% | 200-1000nm |
| Tungsten lamp（150W、250W） | 1% | 350-2500nm |
| 40W IR source | 1% | 1.1-8um |
참고 문헌 (References)
[1] Liang Shaolin, Wang Yongmei, Mao Jinghua, Jia Nan, Shi Entao,Infrared and Laser Engineering, 0417004, 48（2019）.
[2] EMVA Standard 1288,Standard for Characterization of Image Sensors and Cameras，2021.
[3] Wang Shushu, Ping Yiding, Men Jinrui, Zhang Chen, Zhao Changyin，Proc. SPIE 11525, SPIE Future Sensing Technologies, 115252I (2020).