YDT 3907.4-2024基于BB84协议的量子密钥分发(QKD)用关键器件和模块 第4部分:诱骗态调制模块_第1页
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文档简介

ICS33.060.20

CCSM33

YD

中华人民共和国通信行业标准

YD/T3907.4-20XX

基于BB84协议的量子密钥分发(QKD)

用关键器件和模块第4部分:诱骗态调

制模块

KeycomponentsandmodulesforQuantumKeyDistribution(QKD)basedon

BB84protocol—Part4:Decoy-statemodulator

(报批稿)

20XX-XX-XX发布20XX-XX-XX实施

中华人民共和国工业和信息化部发布

YD/T3907.4—20XX

前言

本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起

草。

本文件是YD/T3907《基于BB84协议的量子密钥分发(QKD)用关键器件和模块》的第4部分。

YD/T3907已经发布了以下部分:

——第1部分:光源;

——第2部分:单光子探测器;

——第3部分:量子随机数发生器;

——第4部分:诱骗态调制模块。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由中国通信标准化协会提出并归口。

本文件起草单位:中国信息通信研究院、武汉光谷信息光电子创新中心有限公司、科大国盾量子技

术股份有限公司、浙江九州量子信息技术股份有限公司、北京中创为量子通信技术股份有限公司、广东

国腾量子科技有限公司、济南量子技术研究院、中国信息通信科技集团有限公司、安徽问天量子科技股

份有限公司、国开启科量子技术(北京)有限公司、安徽继远软件有限公司、山东量子科学技术研究院

有限公司、山东国迅量子芯科技有限公司、北京中科国光量子科技有限公司。

本文件主要起草人:张萌、华昕、王敬、李东东、肖希、汤艳琳、黄大俊、韩雁鑫、赵梅生、王东、

陈建、郭邦红、周飞、黄敦锋、王其兵、叶志远、马昆。

III

YD/T3907.4-20XX

引言

随着我国量子保密通信技术的发展与应用,光源、单光子探测器、量子随机数发生器和诱骗态调制

模块等作为基于BB84协议的量子密钥分发(QKD)系统中使用的关键器件和模块,迫切需要开展技术

与器件标准化研究,提升器件产品工程化与产业化水平。

YD/T3907《基于BB84协议的量子密钥分发(QKD)用关键器件和模块》旨在规定基于BB84协

议的量子密钥分发(QKD)系统中使用的关键器件和模块需要遵循的技术参数、测试方法、可靠性试

验、检验规则等要求,依照系统主要功能模块划分,标准目前拟由六个部分构成。

——第1部分:光源。规定光源的技术参数、测试方法、可靠性试验、检验规则等要求。

——第2部分:单光子探测器。规定单光子探测器的技术参数、测试方法、可靠性试验、检验规则

等要求。

——第3部分:量子随机数发生器。规定量子随机数发生器的功能模块、接口和测试方法等要求。

——第4部分:诱骗态调制模块。规定诱骗态调制模块的技术参数、测试方法、可靠性试验、检验

规则等要求。

——第5部分:量子态编码模块。规定量子态编码模块的技术参数、测试方法、可靠性试验、检验

规则等要求。

——第6部分:量子态解码模块。规定量子态解码模块的技术参数、测试方法、可靠性试验、检验

规则等要求。

随着技术与产业发展,未来可能包含更多部分。

IV

YD/T3907.4—20XX

基于BB84协议的量子密钥分发(QKD)用关键器件和模块第4部

分:诱骗态调制模块

1范围

本文件界定了量子密钥分发(QKD)用诱骗态调制模块的术语和定义,规定了诱骗态调制模块的

光电特性、外形尺寸、环保符合性等技术要求,描述了相应的试验方法,规定了检验规则、标志、包装、

运输、贮存等内容。

本文件适用于量子密钥分发(QKD)用诱骗态调制模块的设计、开发、生产及测试等。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,

仅该日期对应的版本适用于本文件;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

文件。

GB/T191包装储运图示标志

GB/T2828.1计数抽样检验程序第1部份:按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划

GB/T9771.3—2020通信用单模光纤第3部分:波长段扩展的非色散位移单模光纤特性

GB/T21548—2021光通信用高速直接调制半导体激光器的测量方法

GB/T26572—2011电子电气产品中有毒有害物质的限量要求

GB/T33768—2017通信用光电子器件可靠性试验方法

GB/T39560电子电气产品中某些物质的测定

SJ/T11364—2014电子信息产品污染控制标识要求

YD/T2904.1—2015集成可调谐激光器组件第1部分:蝶形封装组件

YD/T3432—2018通信用偏振保持光纤特性

YD/T3835.1—2021量子密钥分发(QKD)系统测试方法第1部分:基于诱骗态BB84协议的QKD系

YD/T3907.1—2022基于BB84协议的量子密钥分发(QKD)用关键器件和模块第1部分:光源

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

诱骗态decoystate

合法用户有意地在量子信号序列中,随机地插入其他不同强度的信号来测试信道,这些被随机插入

的信号称为诱骗态。

[来源:GB/TXXXXX—XXXX量子通信术语和定义,4.21.12]

1

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3.2

信号态signalstate

量子密钥分发中,用于生成安全密钥的光信号态。

3.3

真空态vacuumstate

量子密钥分发中,包含光子数为零的光信号态。

3.4

诱骗态调制模块decoy-statemodulator

对脉冲光源输出信号进行调制用于产生信号态、诱骗态和真空态的调制模块。

3.5

真空态消光比extinctionratioofvacuumstate

信号态光功率Pµ和真空态光功率P0的比值,以ERvac表示,单位为分贝(dB),定义见公式(1)。

ERvac=PµP0…………(1)

/

3.610lg()

信号态强度涨落fluctuationofsignal-stateintensity

量子密钥发送端持续发送信号态,输出的光强度变化量。

3.7

诱骗态强度涨落fluctuationofdecoy-stateintensity

量子密钥发送端持续发送诱骗态,输出的光强度变化量。

3.8

插入损耗insertionloss

输出端口的输出光功率与输入端口的输入光功率之比,以IL表示,单位为分贝(dB),定义见公

式(2)。

IL=-10lg(Pout/Pin)…………(2)

式中:

Pin——输入到输入端口的光功率,单位为毫瓦(mW);

Pout——从输入端口接收到的光功率,单位为毫瓦(mW)。

3.9

光回波损耗opticalreturnloss

反射光功率与入射光功率之比的对数,以ORL表示,单位为分贝(dB),定义见公式(3)。

ORL=-10lg(Pre/Pin)…………(3)

式中:

2

YD/T3907.4—20XX

Pre——后向反射光功率,单位为毫瓦(mW);

Pin——输入光功率,单位为毫瓦(mW)。

[来源:YD/T3907.1—2022,3.7]

3.10

-3dB模拟带宽-3dBanalogbandwidth

射频调制下输出光功率相对初始测量值下降3dB时所对应的调制频率即为-3dB模拟带宽。

3.11

直流偏置半波电压half-wavevoltageofdirectcurrentbias

直流电压源输入直流偏置端口,输出的光波发生一个π相移所需的电压。

3.12

射频半波电压half-wavevoltageofradiofrequency

射频信号源的电压注入RF射频端口,输出的光波发生一个π相移所需的电压。

3.13

电回波损耗electricalreturnloss

反射电功率与入射电功率之比的对数,以S11表示,单位为分贝(dB),定义见公式(4)。

S11=10lg(Pre/Pin)…………(4)

式中:

Pre——后向反射电功率,单位为毫瓦(mW);

Pin——输入电功率,单位为毫瓦(mW)。

4缩略语

下列缩略语适用于本文件。

ER:消光比(ExtinctionRatio)

IL:插入损耗(InsertionLoss)

ORL:光回波损耗(OpticalReturnLoss)

QKD:量子密钥分发(QuantumKeyDistribution)

RH:相对湿度(RelativeHumidity)

5技术要求

5.1光纤要求

诱骗态调制模块的光纤应符合表1的要求。

3

YD/T3907.4-20XX

表1光纤要求

类光纤要求

输保偏光纤,应

入符合YD/T

光3432—2018

纤要求

输如果输出光

出纤为标准单

光模光纤,应符

纤合GB/T

9771.3—2020

要求

如果输出光

纤为保偏光

纤,应符合

YD/T3432—

2018要求

5.2光电特性要求

诱骗态调制模块的光电特性应符合表2的要求。

表2光电特性

参数符号最小值典型值最大值单位

工作波长λ78015502000nm

真空态消光比ERvac18————dB

偏振消光比————20——dB

信号态脉冲产生概率pμ设计值/1.2设计值设计值*1.2——

诱骗态脉冲产生概率pν设计值/1.2设计值设计值*1.2——

真空态脉冲产生概率p0设计值/1.2设计值设计值*1.2——

信号态和诱骗态脉冲幅度比例——设计值/1.2设计值设计值*1.2——

信号态和诱骗态强度涨落——设计值/1.2设计值设计值*1.2——

插入损耗IL————7dB

光回波损耗ORL——45——dB

-3dB模拟带宽S212.5————GHz

a

直流偏置半波电压VBias,pi————7V

射频半波电压VRF,pi————7V

电回波损耗S11——-12-10dB

a

直流偏置输入阻抗ZRF——1M——Ω

射频输入阻抗ZBias——50——Ω

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参数符号最小值典型值最大值单位

a该参数仅适用于需要直流偏置的诱骗态调制模块。

5.3极限工作条件

诱骗态调制模块的极限工作条件见表3。

表3极限工作条件

参数名称符号最小值最大值单位

工作管壳温度TH-5+70℃

储存温度Ts-40+85℃

相对湿度RH590%

输入光功率Pin——20dBm

表3极限工作条件(续)

参数名称符号最小值最大值单位

射频端输入功率Pin,RF——25dBm

直流偏置端加载电压Vbias-15+15V

静电放电VESD——500V

5.4推荐工作条件

诱骗态调制模块的推荐工作条件见表4。

表4推荐工作条件

参数名称符号最小值典型值最大值单位

工作管壳温度TH-5+25+50℃

工作相对湿度RH54585%

5.5外形尺寸及引出端排列

诱骗态调制模块外形尺寸及引出端排列可参见附录A。

5.6外观要求

诱骗态调制模块的外观应平滑、洁净、无油渍、无伤痕及裂纹,整个器件牢固,尾纤无松动,与连

接器插拔平顺。标志清晰牢固,标志内容符合9.1的要求;标志贴放位置符合GB/T191中相关要求。

5.7环保符合性

诱骗态调制模块的组成材料按照GB/T26572-2011的规定进行分类,限用物质含量按照GB/T39560

(所有部分)规定的方法进行试验。检测单元尽可能拆分成均质材料,各均质材料中限用物质的含量应

符合表5中的限值要求。

5

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表5诱骗态调制模块中各均质材料限用物质的含量限值

限用物质种类限用物质名称含量限制

铅≤0.1%

汞≤0.1%

重金属

镉≤0.01%

六价铬≤0.1%

多溴联苯≤0.1%

有机溴代物

多溴二苯醚≤0.1%

邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯≤0.1%

邻苯二甲酸甲苯基丁酯≤0.1%

邻苯二甲酸酯

邻苯二甲酸二丁基酯≤0.1%

邻苯二甲酸二异丁酯≤0.1%

注:表格中含量限值为材料中所含该物质的最大质量占总重量的百分比。

6参数测试

6.1测试环境要求

测试环境要求如下:

——温度:15℃~35℃;

——相对湿度:45%~75%;

——大气压力:86kPa~106kPa。

当不能在标准大气条件下进行测试时,应在测试报告上写明测试环境条件。

6.2测试仪器要求

测试所用的仪器仪表应在规定的有效校准期内,如无特殊说明,其精度应高于所测参数精度至少一

个数量级。

6.3插入损耗

6.3.1测量配置

测量配置见图1。

图1诱骗态调制模块插入损耗测量框图

6.3.2测量步骤

测量步骤如下:

a)按图1中测量配置连接测试系统;

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b)设置激光源功率,读取诱骗态调制模块的输入功率Pin;

c)在不加调制信号的情况下,调节直流偏压使输出光强度最大,此时输出功率记为Pout,计算诱

骗态调制模块插入损耗:IL=-10lg(Pout/Pin)。

注:对于不需要偏置电压的调制模块,无需偏置电压控制。

6.4电回波损耗

6.4.1测量配置

测量配置见图2。

图2诱骗态调制模块电回波损耗测量框图

6.4.2测量步骤

测量步骤如下:

a)按图2中测量配置连接测试系统;

b)校准矢量网络分析仪,读取S11参数的值,即为电回波损耗。

6.5直流偏置半波电压

6.5.1测量配置

测量配置见图1。

6.5.2测量步骤

测量步骤如下:

a)按图1中测量配置连接测试系统;

b)在不加调制信号的情况下,测量直流偏压与输出光强度变化,得到传输函数曲线。

c)从传输函数曲线上确定相邻的极大值点和极小值点,分别得到对应的直流电压值V1,V2。两电

压值差的绝对值即为诱骗态调制模块的直流偏置半波电压VBias,pi。

6.6射频半波电压

6.6.1测量配置

测量配置见图3。

图3诱骗态调制模块射频半波电压测量框图

6.6.2测量步骤

测量步骤如下:

a)按图3中测量配置连接测试系统;

b)将直流偏置电压和交流调制信号同时加载到诱骗态调制模块上,调节直流电压,当输出光强度

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YD/T3907.4-20XX

被调节到极大值或极小值时,在双踪示波器上观察到输出的调制信号出现倍频失真。

c)相邻两次倍频失真所对应的直流电压的差值,即为诱骗态调制模块的射频半波电压VRF,pi。

6.7信号态和诱骗态脉冲幅度比例

按YD/T3835.1—2021中6.1.4节的规定进行测试。

6.8信号态和诱骗态强度涨落

按YD/T3835.1—2021中6.1.4节的规定进行测试。

6.9真空态消光比

按YD/T3835.1—2021中6.1.4节的规定进行测试。

6.10偏振消光比

按YD/T2904.1—2015中6.3.9的规定进行测试。

6.11信号态、诱骗态和真空态脉冲的产生概率

按YD/T3835.1—2021中6.1.5节的规定进行测试。

6.12光回波损耗

按GB/T21548—2021中5.4.8节的规定进行测试。

6.13-3dB模拟带宽

按GB/T21548—2021中5.4.3节的规定进行测试。

7可靠性试验

7.1可靠性试验环境要求

可靠性试验环境要求同6.1。

7.2可靠性试验要求

可靠性试验要求见表6。

表6可靠性试验要求

抽样要求

试验

试验项目引用标准试验条件LTPDaSSaCa

类别

(%)

不要求蒸汽老化,焊槽法,浸入时间:5s

可焊性bGB/T33768-2017,5.4.620110

温度:255℃±5℃

物理特

ESD阈值GB/T33768-2017,5.4.3标准人体放电模型,正向、负向各进行3次放电。-60

性试验

试验条件A1。试验加压:310kPa;

细检漏GB/T33768-2017,5.4.220110

加压时间:2h;漏率<1×10-6Pa×m3/s

机械完机械冲击GB/T33768-2017,5.2.1试验条件A。加速度:500g,脉冲持续时间:1.0ms,20110

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整性试冲击次数:5次/轴向,方向:X1、X2、Y1、Y2、

验Z1、Z2

试验条件A。频率:20Hz~2000Hz,加速度:20g,

变频振动GB/T33768-2017,5.2.2扫频速率:4min/循环,循环次数:4循环/轴向,20110

方向:X、Y、Z

ΔT=100℃0℃~100℃

热冲击GB/T33768-2017,5.2.320110

循环次数:15次

内部水汽烘烤温度:100℃±5℃,烘烤时间:12h~24h,

GB/T33768-2017,5.4.120110

含量bc指标要求:<5000ppm

涂覆层或紧套、松套光纤:负载:4.9N,扭转角

度:90°~0°~-90°~0°,循环次数:10次,扭折

光纤扭转GB/T33768-2017,5.2.4点离器件:3cm20110

增强型光纤:负载:9.8N,扭转角度:90°~0°~

-90°~0°,循环次数:10次,扭折点离器件:3cm

表6可靠性试验要求(续)

抽样要求

试验

试验项目引用标准试验条件LTPDaSSaCa

类别

(%)

涂覆层或紧套光纤:拉力2.45N,90°,

光纤距离光纤保护套22cm~28cm

GB/T33768-2017,5.2.520110

侧拉力松套或增强型光纤:拉力4.9N,90°,

机械完距离光纤保护套22cm~28cm

整性试

涂覆层或紧套光纤:拉力4.9N,保持时间:1min,

光纤光纤尾端起10cm处

GB/T33768-2017,5.2.620110

保持力松套或增强型光纤:拉力9.8N,保持时间:1min,

距光纤尾端10cm处

高温储存GB/T33768-2017,5.3.1温度85℃,时间2000h20110

低温储存GB/T33768-2017,5.3.2温度-40℃,时间72h20110

非工作

温度范围–40℃~+85℃,温度变化速率≥

环境试

温度循环GB/T33768-2017,5.3.310℃/min,极限温度下的停留时间>15min,循环20110

次数:500次。

恒定湿热GB/T33768-2017,5.3.4温度85℃,相对湿度85%,时间500h20110

aLTPD—批内允许不合格品率,SS—最少样品数,C—允许失效数;

b不要求参数测试,可用参数不合格的产品进行;

c仅适用于气密性封装的产品。

7.3失效判据

各项试验完成后,在相同测试条件下,出现下列故障中的任意一种情况即判定为不合格:

——外壳破裂或有裂纹,内部元器件发生脱落;

9

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——不满足表2的要求;

——响应度变化量大于20%。

寿命(高温)试验完成后,在相同测试条件下,出现下列故障中的任意一种情况即判定为不合格:

——外壳破裂或有裂纹,内部元器件发生脱落;

——不满足表2的要求。

8检验规则

8.1检验分类

诱骗态调制模块的检验分为出厂检验和型式检验。出厂检验分为常规检验和抽样检验。

8.2出厂检验

8.2.1常规检验

常规检验应百分之百进行,检验项目如下:

a)外观:目测,符合第5.6节要求

b)性能检测:按第6章测试方法,对表2中的性能参数进行测试,其结果符合表2要求。

c)温度循环

——实验条件:非工作状态,极限温度-40℃、+85℃,温度变化速率大于或等于10℃/min,极限

温度下的停留时间不小于10min,循环次数20次;

——恢复:在正常大气条件下恢复1h后,按第6章规定的测试方法进行测试;

——失效判据:测试温度循环后,不满足表2要求。

8.2.2抽样检验

从批量生产中生产的同批或若干批产品中,按GB/T2828.1规定,取一般检查水平Ⅱ,接收质量限

(AQL)和检验项目如下:

a)外观:

——AQL取1.5;

——检验方法:目测,符合第5.6节要求。

b)外形尺寸:用满足精度要求的量度工具测量,应符合产品设计的要求;

c)性能检测:

——AQL取0.4;

——检验方法:按第6章规定的方法进行测试,检验项目同8.2.1b),其结果符合表2的规定。

8.3型式检验

8.3.1检验条件

诱骗态调制模块有下列情况之一时,应进行型式检验:

a)产品定型时或已定型产品转场时;

b)正式生产后,如结构、材料、工艺有较大改变,可能影响产品性能时;

c)产品长期停产12个月后,恢复生产时;

d)出厂检验结果与定型时的型式检验有较大差别时;

e)正常生产24个月后;

f)国家质量监督机构提出进行型式检验要求时。

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8.3.2检验要求

在进行型式检验前,按第6章规定,对样品的性能参数进行测试,并记录测试结果。

8.3.3检验项目及抽样方案

型式检验的检验项目及抽样方案见表6。

8.3.4样品的使用规则

样品的使用规则如下:

a)凡经受了型式检验的样品,一律不能作为合格品交付使用;

b)在不影响检验和试验结果的条件下,一组样品可用于其他分组的检验和试验。

8.3.5产品不合格的判定

各项试验完成后,不合格判定按第7.3节规定执行,若其中任何一项试验不符合要求时,则判该批

不合格。

8.3.6不合格批的重新提交

当提交型式检验的任一检验批不符合表6中规定的任一分组要求时,应根据不合格原因,采取纠正

措施后,对不合格的检验分组重新提交检验。重新检验应采用加严抽样方案。若重新检验仍有失效,则

该批拒收。如通过检验,判为合格。但重新检验不得超过2次,并应清楚标明为重新检验批。

8.3.7检验批的构成

提交检验的批,可由一个生产批构成,或由符合下述条件的几个生产批构成:

——这些生产批是在相同材料、工艺、设备等条件下制造出来的;

——若干个生产批构成一个检验批的时间不超过1个月。

9标志、包装、运输和贮存

9.1标志

9.1.1标志内容

每个产品应标明产品型号、规格、编号、批的识别代码及安全等标志。

9.1.2标志要求

进行全部试验后,标志应保持清晰。标志损伤了的产品应重新打印标志,以保证发货之前标志的清

晰。

9.1.3污染控制标志

产品的污染控制标志应按SJ/T11364-2014第5章规定,在包装盒或产品上打印上电子信息产品污染

控制标志。

9.2包装

产品应有良好的包装及防静电措施,避免在运输过程中受到损坏。包装盒上应标有产品名称、型号

和规格、生产厂家、产品执行标准号、防静电标识、激光防护标志等。

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包装盒内应有产品说明书。说明书内容包括:产品名称、型号,简要工作原理和主要技术指标,极

限工作条件,安装尺寸和管脚排列,使用注意事项等。

9.3运输

包装好的产品可用常用的交通工具运输,运输中避免雨、雪的直接淋袭,烈日曝晒和猛烈撞击。

9.4贮存

产品应贮存在环境温度为-10℃~+40℃、相对湿度不大于80%且无腐蚀性气体、液体的仓库里。贮

存期超过12个月产品,出库前应按第6章规定方法进行参数测试,测试结果符合表2要求方可出库。

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附录A

(资料性)

诱骗态调制模块外形尺寸及引出端排列

A.1诱骗态调制模块外形尺寸

诱骗态调制模块外形尺寸如图A.1所示。

单位为毫米

图A.1诱骗态调制模块外形尺寸

A.2引出端排列

诱骗态调制模块引出端排列见图A.2,模块管脚定义见表A.1。

图A.2诱骗态调制模块引出端排列

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表A.1诱骗态调制模块管脚定义

编号名称描述

1Vbias,+直流偏置正极

2Vbias,-直流偏置负极

3NC悬空

4NC悬空

5RF射频接口

_________________________________

14

YD/T3907.4—20XX

目次

1范围................................................................................1

2规范性引用文件......................................................................1

3术语和定义..........................................................................1

4缩略语..............................................................................3

5技术要求............................................................................3

5.1光纤要求........................................................................3

5.2光电特性要求....................................................................4

5.3极限工作条件....................................................................5

5.4推荐工作条件....................................................................5

5.5外形尺寸及引出端排列............................................................5

5.6外观要求........................................................................5

5.7环保符合性......................................................................5

6参数测试............................................................................6

6.1测试环境要求....................................................................6

6.2测试仪器要求....................................................................6

6.3插入损耗........................................................................6

6.4电回波损耗......................................................................7

6.5直流偏置半波电压................................................................7

6.6射频半波电压....................................................................7

6.7信号态和诱骗态脉冲幅度比例......................................................8

6.8信号态和诱骗态强度涨落..........................................................8

6.9真空态消光比....................................................................8

6.10偏振消光比.....................................................................8

6.11信号态、诱骗态和真空态脉冲的产生概率...........................................8

6.12光回波损耗.....................................................................8

6.13-3dB模拟带宽...................................................................8

7可靠性试验..........................................................................8

7.1可靠性试验环境要求..............................................................8

7.2可靠性试验要求..................................................................8

7.3失效判据........................................................................9

8检验规则...........................................................................10

8.1检验分类.......................................................................10

8.2出厂检验.......................................................................10

8.3型式检验.......................................................................10

9标志、包装、运输和贮存.............................................................11

9.1标志...........................................................................11

9.2包装...........................................................................11

I

YD/T3907.4-20XX

9.3运输...........................................................................12

9.4贮存.............................................

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