JJF 2007-2022 光纤端面干涉仪校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范2光纤端面干涉仪校准规范s7发布 7实施国家市场监督管理总局 发布2光纤端面干涉仪校准规范rs

2归 口 单 位:全国新材料与纳米计量技术委员会主要起草单位:广州计量检测技术研究院中国计量科学研究院参加起草单位:深圳市维度科技有限公司天津大学本规范委托全国新材料与纳米计量技术委员会负责解释本规范主要起草人:古耀达广州计量检测技术研究院)施玉书中国计量科学研究院)杨昭信广州计量检测技术研究院)参加起草人:周 其深圳市维度科技有限公司)郭 彤天津大学)魏 纯广州计量检测技术研究院)黄东旭深圳市维度科技有限公司)目 录引言………………………

Ⅱ)1范围……………………2引用文件………………3术语和计量单位………………………4概述……………………5计量特性………………1光纤高度测量示值误差和测量重复性……………2曲率半径测量示值误差和测量重复性……………3顶点偏移测量示值误差和测量重复性……………6校准条件………………1环境条件……………2测量标准及其他设备………………7校准项目和校准方法…………………1校准前准备…………2光纤高度测量示值误差和测量重复性……………3曲率半径测量示值误差和测量重复性……………4顶点偏移测量示值误差和测量重复性……………8校准结果表达…………9复校时间间隔…………

1)1)1)1)2)2)2)3)3)3)3)3)3)4)4)5)5)5)附录A 光纤高度测量示值误差测量结果不确定度评定示例附录B 曲率半径测量示值误差测量结果不确定度评定示例附录C 顶点偏移测量示值误差测量结果不确定度评定示例

………………………

6)9))附录D 标准光纤连接器的结构与规附录E 光纤端面干涉仪校准记录格式

………………

))附录F 光纤端面干涉仪校准证书内页)格

……

)Ⅰ引言1通用计量术语及定义F1国家计量校准规范编写规则1测量不确定度评定与表示4测量仪器特性评定》共同构成支撑本规范制定工作的基础性系列规范。本规范参考了F8触针式表面粗糙度测量仪校准T—9产品几何技术规范)表面结构轮廓法评定表面结构的规则和方法7纤维光学互连器件和无源器件基本试验和测量程序第6部分:检查和测量球面抛光套管端面半径》-8光纤互连装置和无源元件基本试验和测量程序第3部分试验和测量与套管端面相关的纤维定位》-dd-4纤维光学互连器件和无源元件基本试验和测量程序第7部分:检查和测量采用干涉法所得C球形抛光套圈的端面几何形状》egddsdyCyg)的相关内容。本规范为首次发布。Ⅱ光纤端面干涉仪校准规范范围本规范适用于测量物理接触型)光纤连接器光纤高度、曲率半径、顶点偏移的光纤端面干涉仪的校准。引用文件本规范引用了下列文件:4光纤活动连接器插芯技术条件 第1部分:陶瓷插芯4纤维光学互连器件和无源元件基本试验和测量程序第7部分:检查和测量采用干涉法所得C球形抛光套圈的端面几何形状-dC)凡是注日期的引用文件仅注日期的版本适用于本规范凡是不注日期的引用文件,其最新版本包括所有的修改单适用于本规范。术语和计量单位4和4界定的及以下术语和定义适用于本规范。顶点偏移t光纤连接器套管端球面顶点到内孔轴线之间的距离,来源]光纤高度t

计量单位为。, 。光纤连接器光纤端面到套管端面拟合球面的平均距离来源]概述

计量单位为nm光纤端面干涉仪以下简称干涉仪是一种利用光干涉原理,快速测量光纤连接器插芯端面的光纤高度、曲率半径、顶点偏移等几何参数的非接触式测量仪器,广泛应用于网络光通信领域,是评价和管控光纤连接器质量的重要测量设备。干涉仪结构示意图见图。图1中,光纤连接器为干涉仪检测对象,其结构及在干涉仪中形成的干涉条纹见图。图2中,球心为光纤连接器物理接触的套管端面部分拟合所得半球的球心。1图1干涉仪结构示意图1—显微镜单元;2—干涉显微镜;3—显微调节器;4—物镜;5—光纤;6—光纤连接器;7—套管;—夹持调节器—定位台—干涉分析仪—表面数据处理单元—监测器计量特性

图2干涉仪检测的光纤连接器的结构及干涉条纹示意图1—套管;2—光纤;3—曲率半径;4—光纤高度;5—顶点偏移;6—球心光纤高度测量示值误差和测量重复性 。干涉仪光纤高度测量示值误差要求见表1允许误差绝对值的三分之一。

光纤高度测量重复性应不大于仪器最大表1干涉仪光纤高度H测量示值最大允许误差 单位光纤高度H最大允许误差精密型普通型H005H00曲率半径测量示值误差和测量重复性曲率半径R测量范围),测量示值误差应不超过1,测量重复性应不大于仪器最大允许误差绝对值的三分之一。2顶点偏移测量示值误差和测量重复性顶点偏移O测量范围,测量示值误差应不超过,测量重复性应不大于仪器最大允许误差绝对值的三分之一。注:具备条件,光纤高度测量范围可扩展到,校准方法参照。因校准工作只给出测量结果,不判断合格与否,上述计量特性仅供参考。校准条件环境条件温度℃。相对湿度:5无影响测量的振动、噪音和气流扰动,放置被校仪器的工作台稳固、可靠。测量标准及其他设备 。测量标准及其他设备见表2表2测量标准及其他设备序号校准项目测量标准及计量特性1光纤高度测量示值误差和测量重复性标准光纤连接器光纤高度HmU2标准光纤连接器光纤高度HmU22曲率半径测量示值误差和测量重复性标准光纤连接器或标准球曲率半径RU123顶点偏移测量示值误差和测量重复性标准光纤连接器顶点偏移AOU2校准项目和校准方法校准前准备确保仪器处于正常的工作状态及没有影响校准计量性能的因素。纤连接器应确保表面洁净,避免划痕、腐蚀和氧化。

所用的标准光调节干涉仪的光路方向,使标准光纤连接器与套管座轴向平行,并定位套管使干涉仪测量中心与套管的中心重合。然后,旋转标准光纤连接器刻线截面垂直于干涉仪的放置平面。标准器和被校准仪器的温度平衡时间不少于。3光纤高度测量示值误差和测量重复性在覆盖被校仪器测量范围内近似均匀地选择3个个校准点

选取相应光纤高度值规格的标准光纤连接器。测量时以标准光纤连接器刻线垂直朝上的位置开始测量。每个校准点重复测量6次光纤高度并记录仪器示值,取算术平均值H为测量结果。 H与标准光纤连接器光纤高度标准值H0之差为测量示值误差:式中:

H=H-H0 )H仪器光纤高度测量的算术平均值;H0标准光纤连接器光纤高度标准值;H校准点的光纤高度测量示值误差。依据2所测得的光纤高度,计算其实验标准偏差s作为测量重复性结果,1∑n1∑n Hi-H2n-1式中:

=

)H仪器光纤高度测量的算术平均值;ii次测量的仪器示值;测量次数。曲率半径测量示值误差和测量重复性在覆盖被校仪器测量范围内近似均匀地选择3个校准点,准光纤连接器或标准陶瓷球。

选取相应半径值的标每个校准点重复测量6次曲率半径并记录仪器示值取算术平均值R为测量结果。R与标准值之差为示值误差:式中:

RR0 )R仪器曲率半径测量的算术平均值,;0标准光纤连接器的曲率半径标准值,;R校准点的曲率半径测量示值误差,。依据2所测得的曲率半径,计算其实验标准偏差s作为测量重复性结果,∑n∑ni12n-1=4

)式中:R仪器曲率半径测量的算术平均值,;ii次测量的仪器示值,;测量次数。顶点偏移测量示值误差和测量重复性在覆盖被校仪器测量范围内近似均匀地选择3个校准点,

选取相应顶点偏移值的标准光纤连接器。测量时以标准光纤连接器刻线垂直朝上的位置开始测量。每个校准点重复测量6次顶点偏移并记录仪器示值,取算术平均为测量结果。 O与标准光纤连接器的顶点偏移值0之差为示值误差:式中:

OO-0 )O仪器顶点偏移测量的算术平均值;0标准光纤连接器顶点偏移标准值;O校准点的顶点偏移测量示值误差。依据2所测得的顶点偏移,计算其实验标准偏差s作为测量重复性结果,1∑n1∑n i2n-1式中:

)O仪器顶点偏移测量的算术平均值;ii次测量的仪器示值;测量次数。校准结果表达经校准的光纤端面干涉仪出具校准证书。校准证书包括的信息应符合—0中2的要求。复校时间间隔由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用状况、使用者、设备本身质量等诸因素所决定的,因此使用单位可根据仪器实际使用情况自主决定复校时间间隔。建议复校时间间隔一般不超过1年。5附录A光纤高度测量示值误差测量结果不确定度评定示例测量方法干涉仪的光纤高度测量示值误差是用一组标准光纤连接器进行校准得到的。测量前,根据实际测量应用范围和条件的不同,设定好相关的测量程序和条件,并调整好光路。本次评定以测量显示装置的光纤高度分辨力为m的干涉仪为例。测量模型 ( )式中:

=H-H0

1H仪器光纤高度测量的平均值;H0标准光纤连接器光纤高度标准值;H校准点的光纤高度测量示值误差。灵敏系数:1=H2=

=-1∂H合成标准不确定度

H0根据测量模型,因输入量间不相关,所以合成标准不确定度H)按公式)计算:uδ

H2H+H2H)c H

H

)12=2H2H)12将灵敏系数代入公式令12分别表示HH0的标准不确定度c表1 2示1 2标准不确定度一览表

=

)。标准不确定度评定所涉及各不确定度分量列于表1中表1标准不确定度一览表符号不确定度来源评定方法u11干涉仪重复性A类2干涉仪显示装置的分辨力B类标准光纤连接器引入的不确度分量B类不确定度分量仪器示值引入的不确定度分量示值重复性引入的不确定度分量16∑n Hi0-H2n-1,干涉仪的光纤高度测量重复性引入的∑n Hi0-H2n-1,sH=实际测量时采用6次重复测量结果的平均值,则:u 1=6表2不同条件下0次重复测量结果及其不确定度分量计算标准光纤高度Hnm仪器示值nm平均值nm标准差nm不确定度分量1nm5972401001344525348228640944106265429320894157369543866512840784490834显示装置分辨力引入的不确定度分量2干涉仪显示装置的光纤高度分辨力为,其量化误差引起的不确定度分量服从均匀分布,则仪器示值引入的不确定度分量为:1 2标准光纤连接器引入的不确定度分量标准光纤连接器引入的不确定度主要来源于标准光纤连接器光纤高度标准值的测量不确定度,可根据校准证书给出的扩展不确定度来计算。当H为m时U,包含因子,则:2mm, 2当H为m

U,包含因子,则:2mm当H为m时U

2包含因子

k=2,则:7当H为m时U

2包含因子

k=2,则:当H为m时U

2包含因子

k=2,则:22mm2合成标准不确定度合成标准不确定度计算公式为:1 21 2 21 21 22+2+2= =

≈m1 221 22+2+2= =

≈m1 21 22+2+2= =

≈m1 21 22+2+2= =

≈m1 21 22+2+2= =扩展不确定度, :

≈m取包含因子k=2

则扩展不确定度为Uc扩展不确定度计算结果见表。表3扩展不确定度计算结果标准光纤连接器光纤高度m光纤高度测量示值误差测量结果扩展不确定度m52221248188附录B曲率半径测量示值误差测量结果不确定度评定示例测量方法干涉仪的曲率半径测量示值误差是用一组标准光纤连接器进行校准得到的。测量前,根据实际测量应用范围和条件的不同,设定好相关的测量程序和条件,并调整好光路。本次评定以显示装置的曲率半径分辨力为1m的干涉仪为例。测量模型 ( )中:

1R仪器曲率半径测量的平均值,;0标准光纤连接器曲率半径标准值,;R校准点的曲率半径测量示值误差,。灵敏系数:1=R2=R=1∂R合成标准不确定度

0根据测量模型,因输入量间不相关,所以合成标准不确定度按公式)计算:uδ=

2R+R2R)cR

)12=2R2121 2将灵敏系数代入公式令12分别表示R0的标准不确定度c表示1 2标准不确定度一览表

=。

)标准不确定度评定所涉及各不确定度分量列于表1中表1标准不确定度一览表符号不确定度来源评定方法u11干涉仪重复性A类2干涉仪显示装置的分辨力B类标准光纤连接器引入的不确度分量B类不确定度分量仪器示值引入的不确定度分量示值重复性引入的不确定度分量19干涉仪的示值重复性引入的不确定度分量可以通过0次重复连续测量得到数据:1209646,185。单次实验标准偏差为9,实际测量时采用6次重复测量结果的平均值,则:619m≈2m62显示装置分辨力引入的不确定度分量22显示装置分辨力引入的不确定度分量2,

其量化误差引起的不确定度分量2 21m≈92 1 2=标准光纤连接器引入的不确定度分量标准光纤连接器引入的不确定度主要来源于连接器曲率半径标准值的测量不确定度为U1,则:221m5m2合成标准不确定度合成标准不确定度为:1 21 21 2 2

4m扩展不确定度, :取包含因子k=2

则曲率半径测量示值误差测量结果扩展不确定度为Uc3m0附录C顶点偏移测量示值误差测量结果不确定度评定示例测量方法干涉仪的顶点偏移测量示值误差是用一组标准光纤连接器进行校准得到的。测量前,根据实际测量应用范围和条件的不同,设定好相关的测量程序和条件,并调整好光路。本次评定以显示装置的顶点偏移分辨力为m的干涉仪为例。测量模型 ( )式中:

OO

1∂O仪器顶点偏移测量的平均值;0标准光纤连接器顶点偏移标准值;O校准点的顶点偏移测量示值误差∂合成标准不确定度

1=∂

2=O=1根据测量模型,因输入量间不相关,所以合成标准不确定度按公式)计算:uδ=O2O+O2O)c

∂

0 )=2O2)将灵敏系数代入公式令12分别表示O0的标准不确定度,令1 2表示1 2标准不确定度一览表

=

)。标准不确定度评定所涉及各不确定度分量列于表1中表1标准不确定度一览表符号不确定度来源评定方法u11干涉仪重复性A类2干涉仪显示装置的分辨力B类标准光纤连接器引入的不确度分量B类不确定度分量仪器示值引入的不确定度分量示值重复性引入的不确定度分量11干涉仪顶点偏移的示值重复性引入的标准不确定度分量可以通过0次重复连续测量得到5667283,。单次实验标准偏差为,实际测量时采用6次重复测量结果的平均值,则:61m≈m6显示装置分辨力引入的不确定度分量2干涉仪显示装置的顶点偏移分辨力为,其量化误差引起的不确定度分量服从均匀分布,则:2 2m≈2 1 2=标准光纤连接器引入的不确定度分量标准光纤连接器引入的不确定度主要来源于连接器顶点偏移标准值的测量不确定度2为U,则:2合成标准不确定度1 2

2mm扩展不确定度

= =1 2 2

m:取包含因子k=2

则顶点偏移测量示值误差测量结果扩展不确定度为Ucm2附录D标准光纤连接器的结构与规格标准光纤连接器的通用技术要求标准光纤连接器标准光纤连接器是以指定刻线位置垂直于轴线的端面中截面内光纤高度

、曲率半径等溯源至单位的几何参数作为对应干涉仪校准项目的标准器,通过其对干涉仪进行校准。工作表面应光滑,刻线位置对应端面测量区域不应有影响测量结果的脏点、划伤、破损、断裂存在。材料要求标准光纤连接器光纤芯材料一般为二氧化硅,外形尺寸要求

光纤套管材料为氧化锆复合材料。,建议标准光纤连接器光纤套管为外径5m或5m的圆柱体 套管端面为近似球面,端面中间为ϕm光纤。三维示意图如图1所示,端面局部图如图2所示。图1标准光纤连接器端面局部示意图1—套管端面;2—光纤套管;3—基座;4—刻线;5—光纤其中,套管端面用于测量的区域包括平均区域、拟合区域计算时需剔除排除区域,见图2所示。平均区域位于标准光纤连接器光纤端面上,圆形区域,参与光纤高度的计算。

以光纤芯为中心

、直径为Fm的排除区域位于标准光纤连接