JJG965-2013通信用光功率计

ZT司U中华人民共和国国家计量检定规程JJG 965-2013 通信用光功率计Optical Power Meters in Telecommunication 2013-09-02发布2014-03-02实施喝声国家质量监督检验检疫总局发布JJG 965-2013 通信用光功率计检定规程Verification Regulation of Optical Power Meter in Telecommunication 飞-AV-AV-AV-AV-AV-duv曰胃AO严闹。iu-dL到cdm-c 白45。如-币。i2um阿dGi吟。厅川咱串旨。Jm fAV。-o-0。-h归口单位:全国光学计量技术委员会主要起草单位:国家通信计量站参加起草单位:中国计量科学研究院本规程委托全国光学计量技术委员会负责解释JJG 965-2013 本规程主要起草人:张颖艳(国家通信计量站)郭恒(国家通信计量站)参加起草人:傅栋博(国家通信计量站)张志新(中国计量科学研究院)JJG 965-2013 目录引言(11)1 范围.(2 计量单位.(1 ) 3 概述(4 计量性能要求.(4. 1 光功率相对示值误差.( 4. 2 光功率非线性修正因子.(1) 5 通用技术要求.(川5. 1 外观(2 ) 5. 2 光学系统(2 ) 6 计量器具控制.(2) 6. 1 检定条件(幻6. 2 检定项目.(3) 6. 3 检定方法.(4) 7 检定结果处理(门8 检定周期. .(门附录A光功率计检定原始记录格式(8 ) 附录B光功率计检定证书/检定结果通知书内页格式(10)附录C光功率计检定结果的测量不确定度评定实例(13)I JJG 965-2013 51 JJF 1002 (国家计量检定规程编写规则、JJF1059. 1 (测量不确定度评定与表示共同构成支撑本规程制修订工作的基础性系列规范。本规程替代首次发布的JJG 965-20010 与JJG965-2001相比，除按照JJF1002-2010所作的章节构成和格式上的修改外，主要技术变化如下:功率大于十10dBm时一光功率工宦波长范围内满足一一一在计E 同时增加了测量光(6001 700) nm 公式。JJG 965-2013 通信用光功率计检定规程1 范围本规程适用于波长范围(600-1700) nm，功率测量范围(-80-+27)dBm通信用光功率计的首次检定、后续检定和使用中检查。2 计量单位通常光功率值用单位瓦(W)系列表征，功率单位W是国家选定的国际单位制中具有专门名称的导出单位。而级差单位分贝(dB)是国家选定的非国际单位制单位。工程中除了习惯用级差单位dB以外，还习惯用绝对功率单位分贝(dBW)系列来表示功率的量值。以上两种单位制经常出现在同一本光功率计的说明书及其显示值中。用单位瓦(W)表示的功率值(Pw)可换算成绝对功率单位分贝表示的功率值(P祖训。换算公式见公式(1)和公式(2)。3 概述PAW =1OKE立四-OlWPARm=10lg E旦四皿01mW (1) (2) 通信用光功率计是通信干线铺设、设备维护、科研和生产中使用的重要仪器。主要用于测量光发射端机的输出功率及功率稳定度，光传输线路中平均传输功率;光接收端机的灵敏度;各种无源器件的插入损耗和衰减量。通信用光功率计通常由探测器、显示器和信号处理系统三部分构成。由于使用不同的探测器，光功率计被分为量热型和光电型。量热型光功率计的探测器是根据能量转换和能量守恒原理制作的，由光吸收体、热电转换元件和直流校准系统组成，优点是光谱响应性小，但对环境条件要求高，且功率测量响应慢，测量范围较窄。光电型光功率计的探测器是利用半导体光电器件制作的，优点是对环境条件适应性强，测量范围宽，测量速度快，但不确定度比量热型的大。这两种类型的光功率计均可通过显示器或计算机读取光功率值。4 计量性能要求4. 1 光功率相对示值误差光功率相对示值误差10%。4.2 光功率非线性修正因子(-80-0) dBm:优于+2%;1 (O十27)dBm:优于士5%。5 通用技术要求5. 1 外观JJG 965-2013 5.1.1 测量使用的各类配件及说明书齐全。5.1.2 光功率计应有规格、型号、制造厂名、编号、标志、出厂日期等。5.1.3 光功率计探测器的接收面应保持清洁、干燥、均匀，无变色、划痕和脱落现象。5.1.4 光功率计无影响其电气和光学性能的机械损伤，各钮、键调节自如。5.1.5 光功率计显示值应清晰。5. 2 光学系统5. 2. 1 光功率计的光相15.2.2 光功率计的5. 2. 3 对于光(按1/e2定义法)的比值应温度:(23土5)oc , 相对湿度75%;电源电压:AC (220土11)V，勿I!竿:检定地点周围无剧烈振动、强热辐射和强电磁干扰。6.1.2 检定设备检定设备应经计量部门检定合格，并在检定有效期内使用。6. 1. 2. 1 稳定光源a)稳定激光源2 工作波长(6001700) nm范围内定标波长点和光源中心波长吻合;半峰值功率点谱宽:三三5nm; 输出功率z注odBm (1 mW); 输出功率稳定度z，光束是没同面圆直径处的直径率约为峰JJG 965-2013 长期稳定度:优于+0.05dB (6 h) ; 短期稳定度:优于+0.005dB (15 min) ; 当需输出光功率大于十10dBm时，建议选用分布反馈型(DFB)激光光源配合光放大器使用。b)分布反馈型(DFB)激光光源工作波长(1520-1 650) nm范围内定标波长点和光源中心波长吻合;线宽3MHz; 输出功率z二三odBm (满足光放大器要求); 输出功率稳定度z优于土0.01dB (15 min) 边模抑制比(SMSR):注30dB。6. 1. 2. 2 光放大器(选件:检测较高光功率值时需要配置)工作波长(1520-1 650) nm范围内，满足检定要求的工作波长;增益z输出光功率需满足检定范围要求。6. 1. 2. 3 光衰减器工作波长(600-1700) nm; 衰减范围:(0-60) dB，连续可调;插入损耗3.5 dB; 输入输出连接方式:与光源、光功率计的连接方式一致。6. 1. 2. 4 量热型标准光功率计工作波长(600，-.，1700) nm; 定标波长:满足检定要求的定标波长;光功率测量范围(-10-十10)dBm; 光功率定标点:二三-10dBm; 功率相对示值误差2%。6. 1. 2. 5 光电型标准光功率计工作波长(600-1700) nm; 定标波长z满足检定要求的定标波长;光功率测量范围(-80-十27)dBm; 光功率定标点:一10dBm (100W)、-20dBm (10W)、-23dBm (5W)等;功率相对示值误差2%。6. 1. 2. 5 配件光开关:光束型(电子快门或黑色档板、光纤型z光分路器z分光比为1: 1的Y型分路器;光纤活动连接器:插入损耗小于0.2dB; 自聚焦光纤或聚光镜用于量热型):工作波长(600-1700) nm。注:光源为光纤活动连接器输出时，用自聚焦光纤;光源为非平行光束输出时，用聚光镜。6. 2 检定项目光功率计的检定项目见表1。3 JJG 965-2013 表1检定项目检定项目首次检定后续检定外观+ + 光功率示值十+ 非线性修正因子+ 注1.+表示需检定的项目一表示不需检定的项目。2.量热型光功率计无非线性修正因子检定项目。6. 3 检定方法6. 3. 1 外观使用中检验十+ 通过目视和手动结合，按5.1.1至5.1.5规定的各项内容进行检查。6.3.2 光电型光功率计相对示值误差6. 3. 2. 1 所有检定用设备和被检仪表放置于工作台上，按图1连接，当测量光功率大于十10dBm时，图1中光源部分按照图2连接，加入相应的光放大器，以便获得更高的光功率值。按说明书要求对各仪表进行预热，各段连接光纤(或光缆)的位置在整个测试过程中应保持固定，光纤接头应保持清洁。! 光源部分i 光如型lb-Ql光纤活动连接器光纤稿合型光衰减器图1光电型光功率计检定装置框图光纤藕合型标准光功率计光纤祸合型被检光功率计D叫PO 司光时FO 光纤活动连接器光纤活动连接器图2光源部分6. 3. 2. 2 在6.1. 2. 5规定的功率范围内任选一功率点(通常为定标功率点附近)，按下面的步骤进行检定。a)将光衰减器输出端，通过光纤活动连接器连接标准光功率计，调整光衰减器的衰减量，使其指示处于待检功率点上。b)读取标准光功率计示值Pa0 c)将光衰减器输出端，通过光纤活动连接器连接被检光功率计，读取其示值Pb0 d)重复a)-C)步骤n次，n二三30分别计算标准光功率计与被检光纤光功率计示值的n次测量算术平均值，得到Pa、Pb 0计算方法见公式(3)和公式(4)。Pa=22Pm (3) 4 JJG 965-2013 Pb=士兰Pbi当量值单位为dBm时，给出单位为dB的修正值，见公式(5)。CdBm =Pa -Pb 当量值单位为W系列时，修正因数见公式(6)。C=Pa/Pb 或相对示值误差见公式(7)。(4) (5) (6) Pb -Pa 1AAn/ .1=一-一x 100% (7) p川e)调整光衰减器的示值，使标准光功率计指示为下一个检测功率点一般建议调整间隔10dB)，重复a)-d)步骤m次，得到不同检测点的标准光功率值和被检光功率值，覆盖整个待测量程，通过计算得到m组结果。当测量的光功率值，与被检光功率计测量下限相差30dB以内时，应注意清零。g)光束搞合方式的光电型光功率计示值。当光功率计为光束搞合方式时，按图3中连接光纤输出端带自聚焦透镜需用固定架固定，并分别对准标准光功率计和被测光功率计。检测时参照6.3. 2. 1-6. 3. 2. 2 步骤进行，其中连接光纤改为探测器对准光束。h)将以上各项计算结果填人检定记录表见附录A)。6.3.3 量热型光功率计相对示值误差6. 3. 3. 1 激光源输出非平行光束时，在光学平台上，按图4连接被检光功率计和检定设备z光源输出为平行光束时，去掉聚光镜即可;激光源为光纤输出时，按图3连接。|毗源问mc$光叫图3量热型光功率计检定装置框图(激光源为光纤输出图4量热型光功率计检定装置框图激光源为光束输出光束糯合型标准光功率计光束糯合型被检光功率计 在6.1. 2. 6规定的定标功率范围内任选一点，按下面步骤进行检定。a)将标准光功率计的探测器对准光束，调整衰减器的衰减量，使标准光功率计的指示处于待检功率点上，关闭光开关。b)系统热平衡以后，在标准光功率计上读取第一个示值P1。c)打开光开关，系统热平衡后，读取标准光功率计的第二个示值P2。d)关闭光开关，系统热平衡后，读取标准光功率计的第三个示值已。5 JJG 965-2013 e)重复b)d)步骤n次n不小于3。f)分别计算三个示值的n次测量算术平均值，得到P1、P2、P30标准光功率值P:计算见公式(8)和公式(9)。P:=PaXC赘Pa =P2一(P1十P3)/2式中:Pa -未经修正的标准光功率值;C一一被检定时得到的修正因子。g)打开光开关，将被检光功率计的探测器对准光束。(8) (9) h)关闭光开关，参照(6.3.3. 46. 3. 3. 8)条标准光功率计的测量步骤，得到被检光功率计第一、二、三个示值的算术平均值P1、P2、P30示值Pb计算公式如公式(10)。Pb =P2一(P1+ P3) /2 (10) 修正值C缸，修正因子C，相对误差4的计算公式如前面公式(5)、公式(6)、公式(7)。i)将以上各项计算结果填入检定记录表(见附录A)。6.3.4 光功率计非线性修正因子检定采用双光束叠加法按图5连接检定设备，选已进行过示值检定的某功率点(通常选o dBm)作为初始参考功率点，按下面步骤进行检定。I分路II分路图5非线性修正因子检定装置框图a)联通两个光路，检查并确认装置工作正常后，调整光衰减器的衰减量，使光功率计的显示值近似为参考功率值Po0 b)断开两个光路，在光功率计上读取第一个示值矶。c)接通两个光路，在光功率计上读取第二个示值句。d)接通第I分路，在光功率计上读取第三个示值句。e)接通第E分路，在光功率计上读取第四个示值向。f)断开两个光路，在光功率计上读取第五个示值5。g)重复b)f)步骤n次n不小于30h)分别计算五个读数的n次测量算数平均值，得到矶、2、a3、a4、a50数值计算见公式(11)、公式(12)、公式(13)。参考点功率值Po:Po=2一(1十5)/2 (11) 6 JJG 965-2013 第I分路光功率值P1:P1 =a3一(al+as)/2(12) 第E分路光功率值P2: P2=向一(1+as)/2 (13) 当1(as)低于被检光功率值三个量级以上时可作为零值处理，al (as)不需要反复测量。公式(11)、公式(12)、公式(13)简化为公式(14)、公式(15)、公式(1 6)。Po=2 P1 =a3 P2 =a4 初始参考点的非线性修正因子为儿，如公式(17)。Ao=l 被检功率点相对于初始参考功率点的非线性修正因子为儿，如公式(18)。An =. Po X 一P1 +P2俨被检功率点的线性误差为C饨，如公式(19)。(14) (15) (16) (17) (18) Cn = (An -Ao) X 100 % (19) i)设定P1(P2)为新的参考功率值，重复以上操作步骤测量出光功率计的非线性修正因子和线性误差。j)光功率计的非线性修正因子也可使用6.3.2的方法测得。由于其功率点间隔一般为10dB，不确定度较大。可直接使用修正因子数据。非线性修正因子如公式(20)。A=土(Cimax-Cimin) /2 (20) h)将以上各项计算结果填人检定记录表，见附录A。7 检定结果处理7. 1 根据6.2的检定项目逐条进行检定，将检定所得数据记录于附录A中，并计算结果。符合本规程要求的判定为合格，反之为不合格。7. 2 经检定合格的光功率计，出具检定证书。检定不合格的，出具检定结果通知书，并注明检定不合格项目。证书内页格式见附录B0 8 检定周期光功率计的检定周期一般不超过1年。7 JJG 965-2013 附录A光功率计检定原始记录格式A.l 外观及工作状态检查内?if. 说明书配件光接收面损伤开关、键、钮损伤通电后显示功能A.2 光功率计示值工作波长:有nm 无工作方式z标准光功率计光功率值平均值标准值PadBm dBm dBm l 2 m-l z 8 数量备被检光功率计光功率值示值PbdBm dBm 注修正值C=Pa-Pb dB JJG 965-2013 A.3 非线性修正因子工作波长nm初始参考光功率值2被检点参考点第I分路光第E分路光两路光功非线性修正线性误差l光功率值P光功率Po功率值Pj功率值P2率和Pj+P2因子AnCn mW mW mW mW mW dB l 2 . m-l m 9 JJG 965-2013 附录B光功率计检定证书/检定结果通知书内页格式B.l 检定证书/检定结果通知书第2页证书编号xxxxx检定机构授权说明检定环境条件及地点温度。C地点相对湿度% 其他检定使用的计量(基标准装置不确定度/准确度计量(基)标准名称测量范围等级/最大有效期至证书编号允许误差检定使用的标准器不确定度/准确度检定/校准名称测量范围等级/最大有效期至证书编号允许误差第页共页10 B.2 检定证书检定结果页1.外观及工作状态2.光功率计示值1 2 1 2 m 以下空白标准值P.dBm JJG 965-2013 检定结果示值Pb第页共页证书编号xxxxx修正值Ci=P.-PbdB 11 JJG 965-2013 B.3 检定结果通知书检定结果页1.外观及工作状态2.光功率计示值标准值P.dBm 1 2 . m-1 m 3.光功率计非线性修正因子检定结果示值PbdBm 工作波长nm初始参考光功率值1被检点光功率值非线性修正因子AnmW 1 2 . m-1 m 附加说明:说明检定结果不合格项以下空白第页共页12 证书编号xxxxx修正值c，=p.-pbdB 线性误差CndB JJG 965-2013 附录C光功率计检定结果的测量不确定度评定实例依据本规程的计量特性要求及检定条件、检定项目、检定方法的规定，对安捷伦科技有限公司生产的光多用表8163B(序号MY48205743)光功率计插件81619A(插件编号MY41203158 )探测器型号81628B，探测器编号DE41700417进行检定。81628B光功率计探头在1550 nm、(+20-50)dBm检定结果的不确定度评定如下。C.1 测量模型检定系统组成女:1lIf1其测量模型，了P式中z光谱响时晶冉、性()。被检仪5)被检仪表分的被检仪表测量重峰31人7)连接器插拔重复d性引;C.3 标准不确定度分量评定C. 3. 1 由光源稳定度引人的标准不确定度分量U1由所用光源仪表证书得到1550 nm光源MAPL十2U119310270FA稳定度向优于土0.002dB每1h，按均匀分布，=J言，则zU1 =1/ J3 =0.0012 dB (C.l) C. 3. 2 由标准光功率计固有不确定度引人的测量不确定度分量均根据上级计量检定机构给出，系统固有误差为0.8%(0.035 dB)，是z=2，则:Uz =z/kz =0.0173 dB (C.2) C. 3. 3 由标准光功率计线性度误差引人的测量不确定度分量均13 JJG 965-2013 根据上级计量检定机构给出，在定标点C-20 dBm)外需要考虑的线性度误差为:+0.03 dB C小于10dBm) ，士0.06dB (10 dBm-20 dBm)均匀分布，是3-汀，则:U3 =a31是3=0.017 3dBC小于10dBm) Cc. 3) 盹=向/是3= o. 034 6 dB(10 dBm - 20 dBm) C. 3. 4 被校仪表光谱响应度误差引人的测量不确定度分量问参照同类型探测器指标和实际工作经验得到，在c1310+20) nm和c1550+20) nm 范围内，光谱响应度误差为+0.04%C士0.002dB)为均匀分布，是4=./言，则=U4 =a41是4=0.001 dB C. 3. 5 被校仪表分辨力引人的测量不确定度分量均Cc. 4) 81628B的分辨力为0.001dB，按均匀分布，5=0.000 5 dB，是5-汀，则zU5 =51是5=0.000 3 dB C. 3. 6 被校仪表测量重复性引人的测量不确定度分量U6Cc. 5) 由于标准光功率计的测量重复性非常好，约为土0.001dB可以忽略不计，这里主要指被校准仪表的测量重复性。重复测量3次，采用极差法，得标准偏差为s=CXmax一Xmin) dn，查表得测量次数n=3时，dn=1. 69，则:U6 = CXmax -Xmin) 11. 69 C. 3. 7 连接器插拔重复性引人的标准不确定度分量U7连接器重复性7根据经验可得，优于+0.02dB。设在该区间内为均匀分布是7-点，则zU7 =a71是7=0. 011 5 dB C.4合成标准不确定度Uc表C.l不确定度来源和合成序号不确定度来源Ui 1 光源稳定度Uj =0. 001 2 dB 2 标准光功率计U2=0. 0173 dB 线性度U3 =0.017 3 dB (小于10dBm) 3 U3 =0.034 6 dB (10 dBm到20dBm) 4 光谱响应U4 =0.001 dB 5 分辨力Us =0.000 3 dB 6 测量重复性Us = (Xm四-Xmin)/1. 69 7 连接器插拔重复性U7 =0.011 5 dB Uc Uc =;uf +U +U +U +U +U +U C.5 扩展不确定度合成标准不确定度呈正态分布。在置信概率为95%时，走=2，U二是XUc。Cc. 6) Cc. 7) 分布类型均匀均匀均匀均匀正态均匀正态按照表C.1, 81628B光功率计探头在1550 nm、(十20-50) dBm检定结果及14 JJG 965-2013 其不确定度