通信用可调谐激光源校准规范

JJF1198—20221通信用可调谐激光源校准规范1范围本规范适用于通信用可调谐激光源的校准。2引用文件本规范引用了下列文件:JJG(YD)055—2002可调谐激光光源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。3概述通信用可调谐激光源(以下简称可调谐源)是用于测量无源光器件的重要设备之一,也是光传输设备研发、生产和密集波分复用通信系统测试中不可缺少的设备。可调谐源可以在一定范围内输出不同波长的光,满足国际电信联盟(ITU)标准要求。从实现技术上主要分为电流控制技术、温度控制技术和机械控制技术等类型。用于通信设备和器件测试的可调谐源主要采用机械控制的外腔式调节技术。4计量特性4.1光波长4.1.1调节范围:(1260~1650)nm。4.1.2最大允许误差:±0.02nm。4.1.3重复性:±5pm。4.1.4稳定度:±5pm(15min)。4.2边模抑制比≥40dB。4.3线宽>50kHz(相关开关关闭);>50MHz(相关开关开启)。4.4光功率4.4.1最大输出功率:≥+5dBm。4.4.2稳定度:±0.05dB(1h)。4.4.3非线性:±0.2dB。注:以上技术指标不适用于合格性判别,仅供参考。5校准条件5.1环境条件JJF1198—202225.1.1环境温度:(23±5)℃。5.1.2相对湿度:≤80%。5.1.3电源:(220±11)V,(50±1)Hz。5.1.4实验室应无剧烈震动和影响测量结果的电磁干扰。5.2校准用设备5.2.1光波长计a)测量范围:(1250~1650)nm;b)最大允许误差:±1pm;c)分辨力:≤0.1pm。5.2.2光谱分析仪a)波长范围:(1250~1650)nm;b)功率测量范围:(-50~+18)dBm;c)功率最大允许误差:±0.5dB;d)动态范围:≥40dB(±0.2nm处)。5.2.3光功率计a)工作波长:(1250~1650)nm;b)测量范围:(-60~+13)dBm;c)最大允许误差:±0.35dB;d)功率非线性:±0.02dB;e)分辨力:≤0.01dB。5.2.4频谱分析仪a)频率范围:3Hz~3GHz;5.2.)对扩展不确定度:Urel=0.3%(k=2)。带宽:≥500MHz。5.2.6延时光纤a)长度:≥20km;b)衰减系数:<0.22dB/km(1550nm)。5.2.7光隔离器a)工作波长:1310nm和1550nm;b)插入损耗:<5dB;c)隔离度:>35dB。5.2.8光纤活动连接器:建议采用FC/PC型或FC/APC型。5.2.9法兰盘:建议采用FC型,插入损耗:≤0.1dB,重复性:≤0.05dB。6校准项目和校准方法6.1外观及工作正常性检查a)被校仪器应有型号、出厂编号、制造厂名及相应的警示标志等;JJF1198—20223b)被校仪器应带有必要的附件;c)被校仪器各部件应安装牢固,能确保正常工作;d)被校仪器开机后显示功能和操作功能等正常;e)所有校准用设备和被校的可调谐源均置于平稳的工作平台上并进行预热。各段连接光纤的位置在测试过程中应保持固定,调整可调谐源的输出功率,使其满足光波长计或光谱分析仪测量的合适接收光功率。6.2光波长调节范围校准a)按图1连接设备,设置可调谐源波长分辨力为最小值,将输出端接至光波长计。图1光波长测试连接图b)按照被校仪器说明书给出的光波长调节范围,在该范围内分别设置可调谐源光波长为下限值和上限值,在光波长计上读取光波长的最小值和最大值作为光波长调节范围。6.3光波长示值校准a)按图1连接设备,设置可调谐源波长分辨力为最小值。b)设置可调谐源光波长为λx,将输出端接至光波长计。c)从光波长计中读取光波长的参考值λs,按公式(1)计算示值误差。Δ=λx-λs(1)d)其他待校波长点按b)、c)的校准步骤进行。e)在可调谐源的波长调节范围内,选取波长范围的上限和下限作为波长校准点,并按10nm间隔选取其他波长校准点。6.4光波长重复性测量a)按图1连接设备,设置可调谐源波长分辨力为最小值。b)在较大波长范围内(建议取20nm),先设置最小波长点λ1,再设置最大波长点m≥2),每次设置完,在光波长计上分别完成λ1i和λ2i的测量,并记录,原始记录推荐λ2。按该顺序重复设置最小波长点和最大波长点,重复设m≥2),每次设置完,在光波长计上分别完成λ1i和λ2i的测量,并记录,原始记录推荐格式见附录A,按公式(2)计算光波长重复性。c)在较小波长范围内(建议取2nm)选取波长点,重复b)、c)步骤。式中:λ1max,λ1min—分别为m次测量得到的光波长λ1的最大值与最小值;λ2max,λ2min—分别为m次测量得到的光波长λ2的最大值与最小值。6.5光波长稳定度测量a)按图1连接设备,设置可调谐源波长分辨力为最小值。b)按被校可调谐源的说明书要求选择波长点和输出功率。JJF1198—20224c)在一定时间内(建议取15min),按相等的时间间隔记录光波长值,测得n个光(3)计算光波长稳定度。波长值λi(i=1,2,…,n;n≥10),并记录,原始记录推荐格式见附录A,(3)计算光波长稳定度。Sλt=±(3)式中:λimax,λimin—分别为时间t内测量得到光波长的最大值和最小值。6.6边模抑制比测量a)按图2连接设备。图2边模抑制比测试连接图b)适当调节光谱分析仪的显示波长范围和幅度比例,使光谱主纵模与其相邻边模以适当的幅度显示在光谱分析仪的屏幕上。c)按被校可调谐源的说明书要求,选择待测波长点λi(i为待测点数),在光谱分析仪上读出边模抑制比并记录,原始记录推荐格式见附录A。6.7线宽测量a)按图3连接设备。图3线宽测试连接图b)按被校可调谐源的说明书要求选择波长点和输出功率,调节频谱分析仪的频率扫描范围和幅度比例,并设置合适的分辨率带宽,保证频谱以适当的幅度、频宽与扫描速度显示在频谱分析仪的屏幕上。c)将被校可调谐源相关开关设置为关闭状态。d)利用光耦合器将可调谐源输出的光分为上下两路,其中一路经过光纤延时,再经过光耦合器合成一路,由光电探测器拍频出电信号,在频谱仪上读出电信号峰值下降3dB时的频率宽度,将其一半作为线宽的测量值。将被校可调谐源相关开关设置为开启状态,重新测量并记录,原始记录推荐格式见附录A。6.8最大输出功率测量a)按图4连接设备。JJF1198—20225图4光功率测试连接图b)按被校可调谐源的说明书要求设置可调谐源波长点,设置功率为最大输出功率。c)选择待测波长点λi(i为待测点数),在光功率计上读出最大输出功率值,并记录,原始记录推荐格式见附录A。6.9光功率稳定度测量a)按图4连接设备。b)按被校可调谐源的说明书要求选择波长点和输出功率。c)在一定时间内(建议取1h),按相等的时间间隔记录光功率值,测得n个光功式(4)计算光功率稳定度。率值Pi(i=1,2,…,n;n≥10),单位为dBm,式(4)计算光功率稳定度。St=±(4)式中:Pimax,Pimin—分别为时间t内测得光功率的最大值与最小值。6.10光功率非线性测量a)按图4连接设备。b)按被校可调谐源的说明书要求选择波长点。c)设置光源输出功率为最大输出功率,并以1dB的步长逐步降低光功率,分别记(5)式中:Δmax,Δmin—分别为不同光功率设置点示值误差的最大值与最小值。7校准结果校准结果应在校准证书上反映,推荐校准证书内页格式见附录B。校准证书应准确、客观地报告校准结果。校准结果用校准数据的形式给出,并给出测量不确定度,不确定度评定示例见附录C。校准证书应至少包括以下信息:a)标题:“校准证书”;b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;e)客户的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;JJF1198—20226g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性或应用有关时,应说明被校对象的接收日期;h)如果与校准结果的有效性或应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;i)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;k)校准环境的描述;l)校准结果及其测量不确定度的说明;m)校准证书校准人、审核人和签发人的签名,以及签发日期;n)校准结果仅对被校对象有效的声明;o)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。8复校时间间隔由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定的,因此送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔,建议不超过1年。更换重要部件、维修或对仪器性能有怀疑时,应及时校准。JJF1198—20227附录A校准原始记录推荐格式证书编号:共页第页1.外观及工作正常性检查外观工作正常性检查2.光波长示值设置值λx测量值λs示值误差λx-λs3.光波长重复性大范围内选取波长点次数设置值λ1测量值λ1i重复性±|λ1imax-λ1imin|/212…m次数设置值λ2测量值λ2i重复性±|λ2imax-λ2imin|/212…mJJF1198—20228证书编号:共页第页小范围内选取波长点次数设置值λ1测量值λ1i重复性±|λ1imax-λ1imin|/212…m次数设置值λ1测量值λ1i重复性±|λ1imax-λ1imin|/212…m4.光波长稳定度次数时间测量值λx/nm123………n最大波长值λi=最小波长值λi=稳定度Rλt=±(λi-λi)/2注:如自动测试,附计算机打印的记录。5.边模抑制比波长/nm边模抑制比/dBλ1λ2……λiJJF1198—20229证书编号:共页第页相关开关关闭:相关开关开启:7.最大输出功率波长/nm最大输出功率/dBλ1λ2……λi8.光功率稳定度次数时间功率值/dB12………n最大值Pimax最小值Pimin稳定度St=±(Pi-Pi)/2注:如自动测试,附计算机打印的记录。JJF1198—202210证书编号:共页第页9.光功率非线性dB次数设置功率值Pai测量功率值Pbi示值误差Δi=Pai-Pbi12…………n示值误差最大值Δimax示值误差最小值Δimin非线性L=±(Δi-Δi)/2注:如自动测试,附计算机打印的记录。测量结果的不确定度光波长示值:边模抑制比:线宽:光功率:温度℃相对湿度%电源电压V校准日期校准人(签名)核验人(签名)JJF1198—202211附录B校准证书内页推荐格式证书编号:共页第页1.光波长示值误差设置值λx测量值λs示值误差λx-λs2.光波长重复性大范围内选取波长点次数设置值λ1测量值λ1i重复性±|λ1imax-λ1imin|/212…m次数设置值λ1测量值λ1i重复性±|λ1imax-λ1imin|/212…mJJF1198—202212证书编号:共页第页小范围内选取波长点nm次数设置值λ1测量值λ1i重复性±|λ1imax-λ1imin|/212…m次数设置值λ1测量值λ1i重复性±|λ1imax-λ1imin|/212…m3.光波长稳定度:4.边模抑制比波长/nm边模抑制比/dB相关开关关闭:相关开关开启:JJF1198—202213证书编号:共页第页6.最大输出功率测试波长/nm最大输出功率/dB……7.光功率稳定度:8.光功率非线性:测量结果的不确定度光波长示值:边模抑制比:线宽:光功率:JJF1198—202214附录C通信用可调谐激光源校准不确定度评定示例依据通信用可调谐激光源校准规范的各校准项目的计量特性、校准条件及校准方法的规定,对可调谐源进行了校准,针对光波长示值、边模抑制比、线宽和光功率测量结果的不确定度进行了评定。C.1光波长示值校准C.1.1光波长示值测量模型Δ=λx-λs(C.1)Δ—光波长示值误差,nm;λx—光波长设置值,nm;λs—光波长计测量值,nm。C.1.2不确定度来源C.1.2.1被校可调谐源波长的稳定性引入的不确定度。C.1.2.2光波长计测量波长引入的不确定度。C.1.2.3光波长计分辨力引入的不确定度。C.1.2.4测量重复性引入的不确定度。C.1.2.5被校可调谐源波长设置重复性引入的不确定度。C.1.3标准不确定度评定C.1.3.1被校可调谐源波长的稳定性引入的标准不确定度u1被校可调谐源波长的稳定度为±0.001nm,区间半宽度a1=0.001nm,按照均匀分布,k=3,则C.1.3.2光波长计测量波长引入的标准不确定度u21550.0500nm,则u=a1C.1.3.2光波长计测量波长引入的标准不确定度u21550.0500nm,则光波长计测量波长的相对不确定度为5×10-7(k=2),设测试波长点为λx=C.1.3.3光波长计分辨力引入的标准不确定度u3u=5×10-7×λx/2=5×10-7×1550.0500nm/2≈0.000C.1.3.3光波长计分辨力引入的标准不确定度u3光波长计分辨力为0.0001nm,a2为分辨力的一半,即a2=0.00005nm,按照均匀分布,k=3,则C.1.3.4测量重复性引入的标准不确定度u4u3=a2C.1.3.4测量重复性引入的标准不确定度u4对1550.0500nm点测10次,分别得:1550.0488,1550.0489,1550.0492,1550.0485,1550.0489,1550.0493,1550.0496,1550.0495,1550.0491,JJF1198—2022151550.0489,单位为nm。其中λj=1550.0491nmC.1.3.5被校可调谐源波长设置重复性引入的标准不确定度u5被校可调谐源的波长设置重复性为±0.0001nm,区间半宽度a3=0.0001nm,按照均匀分布则C.1.4不确定度合成C.1.4.1标准不确定度评定表标准不确定度评定表见表C.1。u=a3/3=0.000C.1.4不确定度合成C.1.4.1标准不确定度评定表标准不确定度评定表见表C.1。表C.1标准不确定度评定表ui不确定度来源分布kiui/nm评定方法u1被校可调谐源波长的稳定性均匀 30.00058Bu2波长计测量波长正态20.00039Bu3光波长计分辨力均匀 30.00003Bu4测量重复性正态—0.00034Au5被校可调谐源波长设置重复性均匀 30.00006BC.1.4.2合成标准不确定度由于各标准不确定度分量间不相关,所示,合成标准不确定度利用下式计算C.1.4.3扩展不确定度取包含因子k=2C.1.4.3扩展不确定度取包含因子k=2,则U=kuc=2×0.00078nm≈0.0016nm可得到可调谐源校准波长点1550.0500nm测量结果的不确定度U=0.0016nm(k=2)(k=2)。C.2.1不确定度来源C.2.1.1光谱分析仪功率测量线性引入的标准不确定度。C.2.1.2测量重复性引入的标准不确定度。C.2.2不确定度评定C.2.2.1光谱分析仪功率测量线性引入的标准不确定度u1JJF1198—202216光谱分析仪功率测量非线性为±0.05dB,区间半宽度a1=0.05dB,按均匀分布,k=3,则C.2.2.2测量重复性引入的标准不确定度u2u=a1/3=0.05dB/C.2.2.2测量重复性引入的标准不确定度u2在1550nm波长点对可调谐光源的边模抑制比重复测量3次,得到46.9,47.1,校准结果时可得47.1,单位为dB,采用极差法,查表得测量次数n=3时,dn=1.69,则单次测量作为校准结果时可得u=(x-x)/1.69=0.2dB/1.69≈0.12dBC.2.3不确定度合成C.2.3.1标准不确定度评定表标准不确定度评定表见表C.2。表C.2标准不确定度评定表ui不确定度来源分布kiui/dB评定方法u1功率测量线性均匀 30.03Bu2测量重复性正态—0.12AC.2.3.2合成标准不确定度由于各不确定度分量间不相关,所以合成标准不确定度利用下式计算:uc=u+u=0.032+0.122dB≈0.13dBC.2.3.3扩展不确定度取包含因子k=2,则U=kuc=2×0.13dB≈0.3dB可得到可调谐源1550nm处边模抑制比测量结果的不确定度U=kuc=2×0.13dB≈0.3dBC.3线宽校准C.3.1不确定度来源C.3.1.1频谱分析仪频率测量准确性引入的标准不确定度。C.3.1.2测量重复性引入的标准不确定度。C.3.2不确定度评定C.3.2.1频谱分析仪频率测量准确性引入的标准不确定度u1依据频谱分析仪计量证书,频谱分析仪频率测量相对不确定度为0.3%,包含因子k=2,k=2,则C.3.2.2测量重复性引入的标准不确定度u2JJF1198—2022在1550nm波长点对可调谐光源的线宽重复测量3次,得到115,122,118,单位时可得为kHz,采用极差法,查表得测量次数n=3时,dn=1.69,则单次测量作为校准结果时可得C.3.3不确定度合成C.3.3.1标准不确定度评定表标准不确定度评定表见表C.3。表C.3标准不确定度评定表ui不确定度来源分布kiui/dB评定方法u1频率测量准确性正态20.15%Bu2测量重复性正态—3.5%AC.3.3.2合成标准不确定度由于各不确定度分量间不相关,所以合成标准不确定度利用下式计算uc=u+u=0.15%2+3.5%2≈3.6%C.3.3.3相对扩展不确定度取包含因子k=2,则U=2×3.6%=8%可得到可调谐源1550取包含因子k=2,则U=2×3.6%=8%C.4光功率校准C.4.1不确定度来源C.4.1.1被校可调谐源功率稳定性引入的不确定度。C.4.1.2光功率计测量功率准确性引入的不确定度。C.4.1.3光功