通信用可调谐光滤波器校准规范

JJF2006—20221通信用可调谐光滤波器校准规范1范围本规范适用于(1530~1610)nm波长范围的通信用可调谐光滤波器的校准。2引用文件本规范引用了下列文件:YD/T2154—2010可调谐光滤波器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概述通信用可调谐光滤波器在光纤通信和光纤传感领域有着重要应用,主要用于无源光器件性能测量、密集波分复用系统中不同波长的光信号性能监测,以及光纤光栅传感系统中信号的解调与测试。可调谐光滤波器主要是基于光的干涉和衍射原理,基于干涉原理的可调谐光滤波器有多层介质膜型、F-P腔型和马赫-曾得尔型等;基于衍射原理的可调谐光滤波器有阵列波导光栅型和声光型等。通信用可调谐光滤波器(以下简称可调谐光滤波器)主要利用干涉原理,以F-P腔型可调谐光滤波器为例,其基本结构如图1所示,主要由F-P腔和准直镜两个部分组成。光波经过准直镜准直后进入F-P腔,通过改变F-P腔的腔长来控制波长的选择,进而实现滤波功能。图1F-P腔型可调谐光滤波器的基本结构图JJF2006—202224计量特性4.1光波长示值最大允许误差:±0.1nm。4.2带宽-3dB带宽:≤0.5nm;-20dB带宽:≤5.0nm。4.3插入损耗≤4.0dB。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5.1.1环境温度:(23±5)℃。5.1.2相对湿度:≤80%。5.1.3电源:AC(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宽带光源a)光谱范围:(1520~1620)nm;b)光谱宽度:≥80nm(-3dB);c)光谱平坦度:±0.2dB(5nm范围内);e)输出功率:≥+2dBm;f)输出功率稳定度:±0.01dB/15min。5.2.2光波长计a)测量范围:(1520~1620)nm;b)测量分辨力:≤0.001nm;c)最大允许误差:±0.005nm。5.2.3光谱分析仪a)波长测量范围:(1520~1620)nm;b)功率测量范围:(-50~+18)dBm;c)波长最大允许误差:±0.3nm;d)分辨率带宽:≤0.06nm;e)功率非线性:±0.05dB;f)功率测量分辨力:≤0.01dB;g)功率最大允许误差:±0.35dB。5.2.4光纤活动连接器:建议采用FC/PC型或FC/APC型。5.2.5法兰盘:建议采用FC型,插入损耗:≤0.1dB,重复性:≤0.05dB。36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、出厂编号及制造厂名等;b)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仪器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整个校准过程中应保持固定,光纤接头应保持清洁,光纤连接器应保持可靠连接。6.2光波长示值校准a)按图2连接设备。图2光波长校准连接图b)设置可调谐光滤波器的中心波长λx,将由可调谐光滤波器输出的光接入光波长计,利用光波长计进行三次测量,记录三次测量值λs1、λs2、λs3,计算三次测量平均值作为参考波长值λs,按公式(1)计算光波长示值误差,原始记录推荐格式见附录A。Δ=λx-λs(1)c)其他待校波长点按b)的校准步骤进行,在可调谐光滤波器的波长调谐范围内,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。6.3带宽校准a)按图3连接设备,设置光谱分析仪的分辨率带宽为最小值。图3带宽校准连接图b)利用光谱分析仪测量可调谐光滤波器输出光谱的-3dB带宽,即从中心波长峰值下降3dB的波长间隔,重复进行三次测量并记录,计算三次测量平均值作为校准结果,原始记录推荐格式见附录A。c)利用光谱分析仪测量可调谐光滤波器输出光谱的-20dB带宽,即从中心波长峰值下降20dB的波长间隔,重复进行三次测量并记录,计算三次测量平均值作为校准结果,原始记录推荐格式见附录A。6.4插入损耗校准a)按图4虚线连接设备,将宽带光源输出端直接接入光谱分析仪,测量被校可调谐光滤波器中心波长处的光功率值P1,单位为dBm,并记录。JJF2006—20224图4插入损耗校准连接图b)按图4实线连接设备,将被校可调谐光滤波器接至宽带光源和光谱分析仪之间,利用光谱分析仪测量可调谐光滤波器输出光谱中心波长处的功率值P2,单位为dBm,按公式(2)计算插入损耗值,重复进行三次测量并记录,计算三次测量平均值作为校准结果,原始记录推荐格式见附录A。IL=P1-P2(2)7校准结果表达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;g)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。JJF2006—20225附录A校准原始记录推荐格式证书编号:一、外观及工作正常性检查外观工作正常性检查二、光波长示值波长设置值λx/nm参考波长值/nm示值误差(λx-λs)/nm第一次第二次第三次平均值λs-3dB带宽/nm第一次第二次第三次平均值-20dB带宽/nm第一次第二次第三次平均值四、插入损耗次数第一次第二次第三次输入功率P1/dB可调谐光滤波器输出功率P2/dB插入损耗IL/dB插入损耗平均值/dB6测量结果的不确定度(k=2)光波长示值:nm,带宽:nm,测量结果的不确定度(k=2)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)7附录B校准证书内页推荐格式证书编号:一、光波长示值设置值λx/nm标准值λs/nm示值误差(λx-λs)/nm-3dB带宽:nm-20dB带宽:nm三、插入损耗光波长示值:dBnm,带宽:nm,带宽:nm,插入损耗:dBJJF2006—20228附录C通信用可调谐光滤波器不确定度评定示例依据可调谐光滤波器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,对可调谐光滤波器进行了校准,并对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—光波长三次测量平均值,nm。C.1.2测量不确定度来源1)光波长计测量波长引入的不确定度;2)光波长计分辨力引入的不确定度;3)被校可调谐光滤波器波长设置重复性引入的不确定度;4)测量重复性引入的不确定度。C.1.3测量不确定度评定C.1.3.1光波长计测量波长引入的不确定度分量λx=1550.00nm,则光波长计其波长测量相对不确定度为5×10-7,包含因子k=2,λx=1550.00nm,则≈0.0004nm(C.2)C.1.3.2光波长计分辨力引入的不确定度分量光波长计分辨力为0.001nm,则a2=0.0005nm,按均匀分布,取包含因子k2=3,则≈0.00029nm(C.3)C.1.3.3被校可调谐光滤波器波长设置重复性引入的不确定度分量被校可调谐光滤波器波长设置重复性为±0.05nm,区间半宽度a3=0.05nm,按均匀分布,取包含因子k3=3,则≈0.029nmC.1.3.4测量重复性引入的不确定度分量设置可调谐光滤波器的中心波长为1550.00nm,用标准光波长计进行三次重复测量。1550.50nm中心波长处重复测量三次结果见表C.1。JJF2006—20229表C.1光波长示值测量数据测量次数123测量值/nm1550.5101550.5201550.518平均测量值/nm1550.52采用极差法得到单个测量值的实验标准差为s=(λmax-λmin)/dn,查表得测量次数n=3时,dn=1.69,则=0.0035nm(C.5)C.1.4标准不确定度的合成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.2。表C.2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标准波长计测量波长正态20.0004Bu2光波长计分辨力均匀 30.00029Bu3可调谐光滤波器波长设置重复性均匀 30.029Bu4测量重复性正态—0.0035AC.1.4.2合成标准不确定度以上各项标准不确定度分量之间不相关,合成标准不确定度为uc=u+u+u+u=0.030nmC.1.5扩展不确定度取包含因子k=2,则U=kuc=0.06nmC.2带宽校准C.2.1测量不确定度来源1)光谱分析仪测量波长间隔引入的不确定度;2)光谱分析仪功率非线性引入的不确定度;3)测量重复性引入的不确定度。C.2.2测量不确定度评定C.2.2.1光谱分析仪测量波长间隔引入的不确定度分量光谱分析仪分辨率带宽为0.06nm,按均匀分布,则≈0.0174nm(C.6)C.2.2.2光谱分析仪功率非线性引入的不确定度分量光谱分析仪功率非线性为±0.05dB,当-3dB带宽测量结果为0.38nm时,-3dB功率点至峰值功率点的直线斜率为15.79dB/nm,-3dB功率点处的切线斜率进.量,按,匀分布,计算时取最大值,a2=0.0032nm,-3dB功率≈0.0026nm(C.7)C.2.2.3测量重复性引入的不确定度分量设置可调谐光滤波器的中心波长为1550.00nm,-3dB带宽为0.4nm,用光谱分析仪进行三次重复测量,采用极差法得到标准偏差为s=(λmax-λmin)/dn,查表得测量次数n=3时,dn=1.69,则=0.011nm(C.8)重复测量三次结果见表C.3,=.据。测量次数123测量值/nm0.380.390.36平均测量值/nm0.38C.2.3标准不确定度的合成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.4。表C.4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光谱分析仪测量波长间隔均匀 30.0174Bu2光谱分析仪功率非线性均匀 30.0026Bu3测量重复性正态—0.011AC.2.3.2合成标准不确定度以上各项标准不确定度分量之间不相关,合成标准不确定度为uc=u+u+u=0.021nmC.2.4扩展不确定度C.3.1测量不确定度来源1)光谱分析仪功率非线性引入的不确定度;2)测量重复性引入的不确定度。C.3.2测量不确定度评定C.3.2.1光谱分析仪功率非线性引入的不确定度分量