JJF 2076-2023 高速光電探測(cè)器校準(zhǔn)規(guī)范

中華人民共和國(guó)國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF20762023高速光電探測(cè)器校準(zhǔn)規(guī)范i i ii

ii i ii

i-

- -

-20231012發(fā)布-

- -

-國(guó)

家

市

場(chǎng)

監(jiān)

督

管

理

總

局 發(fā)

布JJF2076—2023i i i ii

iCalbratonSpecfcatonforHighSpeed

JJF20762023歸

口

單

位:全國(guó)無(wú)線電計(jì)量技術(shù)委員會(huì)主要起草單位:中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院參加起草單位:中國(guó)航天科工集團(tuán)二院203所本規(guī)范委托全國(guó)無(wú)線電計(jì)量技術(shù)委員會(huì)負(fù)責(zé)解釋JJF2076—2023本規(guī)范主要起草人:馮志剛

(中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院)李建威

(中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院)趙科佳

(中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院)參加起草人:龔鵬偉

(中國(guó)航天科工集團(tuán)二院203所)JJF2076—2023目 錄11引言

………………………

(Ⅱ)111

范圍……………………

(1)2

引用文件………………

(1)3

術(shù)語(yǔ)……………………

(1)3.1

直流響應(yīng)度…………

(1)4

概述……………………

(1)5

計(jì)量特性………………

(1)5.1

上升時(shí)間……………

(1)5.2

脈沖寬度……………

(1)5.3

直流響應(yīng)度…………

(1)5.4

3dB帶寬 …………

(1)6

校準(zhǔn)條件………………

(2)6.1

環(huán)境條件……………

(2)6.2

測(cè)量校準(zhǔn)及其他設(shè)備………………

(2)7

校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法…………………

(3)7.1

校準(zhǔn)項(xiàng)目……………

(3)7.2

校準(zhǔn)方法……………

(3)8

校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)…………

(7)9

復(fù)校時(shí)間間隔…………

(7)附錄

A 原始記錄格式

…………………

(8)附錄B

校準(zhǔn)證書(shū)內(nèi)頁(yè)格式

……………

(0)附錄C 主要項(xiàng)目校準(zhǔn)不確定度評(píng)定示例

……………

(1)ⅠJJF2076—2023引 言JJF1071—2010《國(guó)家計(jì)量校

準(zhǔn)

規(guī)

范

編

寫(xiě)

規(guī)

則》、JJF1001

《通用計(jì)量術(shù)語(yǔ)及定義》和JJF1059.1—2012

《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》

共同構(gòu)成支撐本規(guī)范編制工作的基礎(chǔ)性系列規(guī)范。本規(guī)范為首次發(fā)布。ⅡJJF2076—2023高速光電探測(cè)器校準(zhǔn)規(guī)范1

范圍本規(guī)范適用于上升時(shí)間為3ps~100ps的光纖耦合型高速光電探測(cè)器的校準(zhǔn)。2

引用文件本規(guī)范無(wú)引用文件。3

術(shù)語(yǔ)it3.1

直流響應(yīng)度

currentresponsit探測(cè)器輸出電流除以探測(cè)器入射光功率,A/W。4

概述高速光電探測(cè)器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成高響應(yīng)時(shí)間電信號(hào)的器件,主要應(yīng)用于高速光信號(hào)檢測(cè)、光通信系統(tǒng)及微波光子學(xué)等領(lǐng)域。其工作原理為:入射激光照到光電探測(cè)器的半導(dǎo)體吸收材料上,價(jià)帶中的電子吸收光子能量后躍遷至導(dǎo)帶產(chǎn)生光生載流子,在外加電場(chǎng)的作用下形成光電流,最后經(jīng)阻抗匹配的同軸結(jié)構(gòu)輸出脈沖電壓信號(hào)。此類(lèi)基于內(nèi)光電效應(yīng)

的

高

速

光

電

探

測(cè)

器

光

波

長(zhǎng)

響

應(yīng)

范

圍

通

常

在

400nm~2400nm;

輸

出

電

脈

沖

波形的上升時(shí)間可達(dá)ps量級(jí),響應(yīng)帶寬可

達(dá)

百

GHz。高

速

光

電

探

測(cè)

器

具

有

增

益

高、

響

應(yīng)快、噪聲低等特點(diǎn),響應(yīng)時(shí)間特性決定了探測(cè)器光電轉(zhuǎn)換的快慢,可作為快沿脈沖發(fā)生器使用,并應(yīng)用于微波電子測(cè)量?jī)x器儀表的響應(yīng)時(shí)間及頻域特性等校準(zhǔn)和檢測(cè)。5

計(jì)量特性5.1

上升時(shí)間范圍:3ps~100ps;2最大允許誤差:±(0%~5%)。25.2

脈沖寬度范圍:7ps~200ps;2最大允許誤差:±(0%~5%)。25.3

直流響應(yīng)度范圍:0.1A/W~1.0A/W;最大允許誤差:±15%。5.4

3dB帶寬范圍:3.5GHz~110GHz;最大允許誤差:±10%。注:以上指標(biāo)不作為合格性判別,僅供參考。1JJF2076—20236

校準(zhǔn)條件6.1

環(huán)境條件2環(huán)境溫度:(3±5)℃;2相對(duì)濕度:≤80%;2 5供電電源:(20±11)V,(2 5校準(zhǔn)過(guò)程中,周?chē)鸁o(wú)任何影響系統(tǒng)正常工作的振動(dòng)、沖擊及電磁干擾等。電光采樣法需在超凈間內(nèi)操作,潔凈度優(yōu)于7級(jí),環(huán)境溫度控制在

20℃~25℃

范圍內(nèi),溫度波動(dòng)性不超過(guò)1℃,相對(duì)濕度≤50%。6.2

測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備6.2.1

飛秒脈沖激光器波長(zhǎng)范圍:400nm~2400nm;3脈沖重復(fù)頻率范圍及最大允許誤差:10MHz~200MHz,±2%;3脈沖寬度及最大允許誤差:≤300fs,±5%;激光平均功率:3

mW~100

mW;功率穩(wěn)定度:優(yōu)于±1%

(0

min)。6.2.2

示波器帶寬:50GHz~100GHz。注:帶寬大于被校高速光電探測(cè)器標(biāo)稱(chēng)帶寬3倍以上。6.2.3

電光采樣模塊波長(zhǎng)范圍:400nm~2400nm;帶寬范圍:50GHz~110GHz;k上升時(shí)間:7ps~3ps,不確定度:1.2ps

(=2)。k6.2.4

可變光衰減器波長(zhǎng)范圍:400nm~2400nm;衰減范圍:0dB~30dB;最大允許誤差:±1.0dB。6.2.5

可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器3波長(zhǎng)范圍:400nm~2400nm;3激光平均功率:3

mW~10

mW;功率穩(wěn)定性:±0.5%

(0

min)。6.2.6

光外差光源差頻范圍:0GHz~110GHz;差頻最大允許誤差:±1GHz。6.2.7

微波功率計(jì)頻率范圍:10MHz~110GHz;功率范圍:-10dBm~0dBm;k功率測(cè)量不確定度:0.04dB~0.32dB

(=2)。k2序號(hào)校準(zhǔn)項(xiàng)目名稱(chēng)1上升時(shí)間和脈沖寬度2直流響應(yīng)度33dB帶寬JJF2076—20236.2.8

光功率計(jì)波長(zhǎng)范圍:400nm~2400nm;功率范圍:1μW~100

mW;最大允許誤差:±(3%~7%)。6.2.9

數(shù)字電流表直流電流范圍:1

mA~100

mA;最大允許誤差:±(3%~10%)。6.2.10

微波頻率計(jì)頻率范圍:10MHz~110GHz;頻率最大允許誤差:±5×10-8。6.2.11

光纖分束器波長(zhǎng)范圍:400nm~2400nm;功率分束比:1∶1;分束比最大允許誤差:±2%。6.2.12

高速光電轉(zhuǎn)換器波長(zhǎng)范圍:400nm~2400nm;頻率范圍:3.5GHz~110GHz。7

校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法7.1

校準(zhǔn)項(xiàng)目校準(zhǔn)項(xiàng)目見(jiàn)表1。表1

校準(zhǔn)項(xiàng)目表7.2

校表1

校準(zhǔn)項(xiàng)目表7.2.1

外觀及功能正常性檢查被校高速光電探測(cè)器應(yīng)配有說(shuō)明書(shū)和全部必備附件。被校高速光電探測(cè)器及全部附件外形結(jié)構(gòu)應(yīng)完好無(wú)損,各部件機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)安裝牢固,調(diào)節(jié)正常。被校高速光電探測(cè)器及標(biāo)準(zhǔn)器按照說(shuō)明書(shū)要求預(yù)熱。用飛秒脈沖激光器激勵(lì)被校高速光電探測(cè)器,并將輸出電信號(hào)輸入至示波器,觀察示波器上是否顯示正常的脈沖波形,相應(yīng)檢查結(jié)果填入表

A.1中。7.2.2

上升時(shí)間和脈沖寬度7.2.2.1

示波器法3

t r

=1n∑i

=1t

t r

=1n∑i

=1t

ri ()

τ= 1n∑i

=1τi ()a)

儀器連接如圖1所示,用

可

變

光

衰

減

器

將

飛

秒

脈

沖

激

光

器

的

輸

出

功

率

調(diào)

節(jié)

至

被校高速光電探測(cè)器損傷閾值允許范

圍

內(nèi),

然

后

與

被

校

高

速

光

電

探

測(cè)

器

尾

纖

輸

入

端

相

連,而被校高速光電探測(cè)器的輸出端與示波器信號(hào)輸入端連接,同時(shí)將飛秒脈沖激光器的重頻同步輸出端口與示波器的外觸發(fā)輸入端相連接。圖1

示波器法儀器連接示意圖b)

保持系統(tǒng)連接穩(wěn)定,打開(kāi)被校高

速

光

電

探

測(cè)

器

的

供

電

電

源,

調(diào)

節(jié)

示

波

器

的

垂

直靈敏度系數(shù),使被校高速光電探測(cè)器輸出

的

電

脈

沖

波

形

峰-峰

值

對(duì)

應(yīng)

通

道

量

程

的

50%

~80%,調(diào)整觸發(fā)電平和時(shí)基,使脈沖波形信號(hào)在示波器上持續(xù)穩(wěn)定顯示。 1nc)

從示波器上直接讀取被校高速光電探測(cè)器輸出電脈沖波形的上升時(shí)

間

的

測(cè)

量

1n重復(fù)讀取n

次

(≥10),將n

次測(cè)量結(jié)果記錄于表

A.2的表格中。按照公

式

()計(jì)

算上升時(shí)間示值的平均值:n1式中:rt

———被校高速光電探測(cè)器上升時(shí)間示值的平均值,ps;rn———測(cè)量次數(shù);rti———第i次測(cè)量得到的被校高速光電探測(cè)器上升時(shí)間測(cè)量值,ps。rn2d)

調(diào)節(jié)示波器的水平靈敏系數(shù),

使

示

波

器

屏

幕

上

只

顯

示

一

個(gè)

電

脈

沖

波

形,

從

示

波n2器上讀取脈沖寬度的測(cè)量值,重

復(fù)

讀

取n

次

(

≥10),

將n

次測(cè)量結(jié)果記錄于表

A.2的表格中。按照公式

()

計(jì)算脈沖寬度示值的平均值:n2式中:τ———被校高速光電探測(cè)器脈沖寬度示值的平均值,ps;n———測(cè)量次數(shù);iτ———第i次測(cè)量得到的被校高速光電探測(cè)器脈沖寬度測(cè)量值,ps。ie)

將上升時(shí)間和脈沖寬度計(jì)算的示值的平均值記錄于表

A.2的相應(yīng)表格中。7.2.2.2

電光采樣法4

Pλ =1n∑i

=1Pλi (

Pλ =1n∑i

=1Pλi ()

Iλ =1n∑i

=1Iλi ()圖2

電光采樣法校準(zhǔn)連接示意圖a)

儀器連接如圖2所示,飛秒脈沖激光器的輸出由分束比為1∶1的光纖分

束

器

分成兩束,其中一束作為激勵(lì)光脈沖經(jīng)

可

變

光

衰

減

器

輸

入

到

被

校

高

速

光

電

探

測(cè)

器

尾

纖

中,并調(diào)節(jié)可變光衰減器使入射光功率在被校高速光電探測(cè)器的損傷閾值允許范圍內(nèi);另一束作為采樣光脈沖輸入到電光采樣模塊中,被校高速光電探測(cè)器電脈沖輸出端與電光采樣模塊的電調(diào)制輸入端連接。 1 2nrb)

設(shè)置電光采樣模塊的采樣點(diǎn)數(shù)和采樣步長(zhǎng),使整體采樣點(diǎn)數(shù)不低 1 2nr波形部分采樣點(diǎn)數(shù)不少于100。從數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)

中

獲

取

被

校

高

速

光

電

探

測(cè)

器

輸

出

電

脈沖波形的采樣實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),采用眾數(shù)法計(jì)算得到脈沖波形的上升時(shí)間和脈沖寬度,重復(fù)測(cè)量n

次

(≥10),將n

次測(cè)量結(jié)果記錄于表A.3的表格中。按照公式

()

和公式

()分別計(jì)算上升時(shí)間示值的平均值t

和脈沖寬度示值的平均值τ。c)

將計(jì)算的上升時(shí)間和脈沖寬度示值的平均值記錄于表

A.3的相應(yīng)表格中。7.2.3

直流響應(yīng)度a)

儀器連接如圖3所示,調(diào)

節(jié)

可

調(diào)

諧

半

導(dǎo)

體

激

光

器

的

輸

出

功

率

使

其

在

被

校

高

速

光電探測(cè)器的損傷閾值允許范圍內(nèi),利用分束

比

為1∶1的

光

纖

分

束

器

將

與

被

校

高

速

光

電探測(cè)器波長(zhǎng)響應(yīng)匹配的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的輸出分成兩束。光纖分束器輸出的其中一束輸入到被校高速光電探測(cè)器尾纖中,然后用數(shù)字電流表測(cè)量高速光電探測(cè)器的輸出電流,另一束由光功率計(jì)測(cè)量光功率。 3 4nb)

在光功率計(jì)和數(shù)字電流表中分別

讀

取

設(shè)

定

激

光

波

長(zhǎng)

下

的

光

功

率

和

電

流,

重 3 4n量n

次

(≥10),按照公式

()

和公式

()

分別計(jì)算光功率和電流的平均值:n3n4式中:Pλ

———響應(yīng)波長(zhǎng)為λ時(shí)的被校高速光電探測(cè)器入射光功率的平均值,W;Iλ

———響應(yīng)波長(zhǎng)為λ時(shí)的被校高速光電探測(cè)器輸出電流的平均值,A;n ———測(cè)量次數(shù);Pλi

———第i次測(cè)量得到的響應(yīng)波長(zhǎng)為λ時(shí)的

被

校

高

速

光

電

探

測(cè)

器

入

射

光

功

率

測(cè)

量值,W;5JJF2076—2023Iλi

———第i次測(cè)量得到的響應(yīng)波長(zhǎng)為λ

時(shí)的被校高速光電探測(cè)器輸出電流測(cè)量值,A。圖3

直流響應(yīng)度校準(zhǔn)連接示意圖5c)

按照公式

(),

計(jì)算得到設(shè)定響應(yīng)波長(zhǎng)為λ

的被校準(zhǔn)高速探測(cè)器直流響應(yīng)度5RλI,將計(jì)算結(jié)果記錄于表

A.4的表格中:式中:RλI———直流響應(yīng)度,A/W;

5RλI=Iλ/Pλ

()5Pλ

———響應(yīng)波長(zhǎng)為λ時(shí)的被校高速光電探測(cè)器入射光功率的平均值,W;Iλ

———響應(yīng)波長(zhǎng)為λ時(shí)的被校高速光電探測(cè)器輸出電流的平均值,A。d)

固定激光器輸出光功率不變,在

被

校

高

速

光

電

探

測(cè)

器

波

長(zhǎng)

響

應(yīng)

范

圍

內(nèi)

改

變

激

光器波長(zhǎng),重復(fù)測(cè)量步驟b)~c),完成所有波長(zhǎng)測(cè)量。7.2.4

3dB帶寬a)

儀器連接如圖4所示,光外差光源經(jīng)過(guò)分束比為1∶1的光纖分束器1將

光

信

號(hào)分成

A和B兩束,其中

A束激勵(lì)高速光電轉(zhuǎn)換器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化

成

電

信

號(hào),

然

后

由

微

波頻率計(jì)測(cè)量光外差光源的激發(fā)

頻

率

值。B束

光

信

號(hào)

被

分

束

比

為

1∶1

的

光纖分束器2分成C和

D兩

路,C路

光

信

號(hào)

直

接

由

光

功

率

計(jì)

測(cè)

量

其

光

功

率

值;D路

光

信

號(hào)

輸

入

到

被

校高速光電探測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化,然后用微波功率計(jì)測(cè)量光電探測(cè)器的輸出電功率值。圖4

3dB帶寬校準(zhǔn)連接示意圖fb)

對(duì)光外差光源的輸出頻率進(jìn)行精

細(xì)

掃

描,

然

后

讀

取

每

個(gè)

測(cè)

量

點(diǎn)

的

光

外

差

微

波

光f源激發(fā)頻率f、被校高速光電探測(cè)

器

的

輸

入

光

功

率Pof和

輸

出

電

功

率Pe

值,

重

復(fù)

測(cè)

量nn

次

(≥10),將其記錄于表

A.5的相應(yīng)表格中。n6Rf =

1niRf =

1ni∑=1Rfi

()6 7c)

根據(jù)公式

()

和公式

()

分別計(jì)算被校高速光電探測(cè)器各測(cè)量點(diǎn)的相對(duì)頻6 7f 6P響應(yīng)Rf和示值平均值,記錄于表

A.5的相應(yīng)表f 6PRf

=-10lg(

of/Pe

) ()n7式中:fPof———被校高速光電探測(cè)器的輸入光功率示值,W;fPe

———被校高速光電探測(cè)器的輸出電功率示值,W;n ———測(cè)量次數(shù);Rf

———相對(duì)頻率響應(yīng);Rfi———第i次測(cè)量得到的被校高速光電探測(cè)器的相對(duì)頻率響應(yīng);Rf

———被校高速光電探測(cè)器的相對(duì)頻率響應(yīng)的平均值。d)

得到相對(duì)頻率響應(yīng)變化曲線后,在頻率響應(yīng)曲線范圍內(nèi),通常選取1GHz、10GHz、20GHz等常用整數(shù)帶寬值附近的點(diǎn)作

為

帶

寬

參

考

點(diǎn),然

后

從

頻

率

響

應(yīng)

曲

線

中找到頻率響應(yīng)下降3dB所對(duì)應(yīng)的頻率值,即3dB帶寬頻率值,將其記錄于表A.5的相應(yīng)表格中。8

校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)高速光電探測(cè)器校準(zhǔn)后,出具校準(zhǔn)證書(shū)。校準(zhǔn)證書(shū)至少應(yīng)包含以下信息:a)

標(biāo)題:“校準(zhǔn)證書(shū)”;b)

實(shí)驗(yàn)室名稱(chēng)和地址;c)

進(jìn)行校準(zhǔn)的地點(diǎn)

(如果與實(shí)驗(yàn)室的地址不同);d)

證書(shū)的唯一性標(biāo)識(shí)

(如編號(hào)),每頁(yè)及總頁(yè)數(shù)的標(biāo)識(shí);e)

客戶(hù)的名稱(chēng)和地址;f)

被校對(duì)象的描述和明確標(biāo)識(shí);g)

進(jìn)行校準(zhǔn)的日期,如果與校準(zhǔn)

結(jié)

果

的

有

效

性

和

應(yīng)

用

有

關(guān)

時(shí),

應(yīng)

說(shuō)

明

被

校

對(duì)

象

的接收日期;h)

如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時(shí),應(yīng)對(duì)被校樣品的抽樣程序進(jìn)行說(shuō)明;i)

校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標(biāo)識(shí),包括名稱(chēng)及代號(hào);j)

本次校準(zhǔn)所用測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性及有效性說(shuō)明;k)

校準(zhǔn)環(huán)境的描述;l)

校準(zhǔn)結(jié)果及其測(cè)量不確定度的說(shuō)明;m)

對(duì)校準(zhǔn)規(guī)范偏離的說(shuō)明;n)

校準(zhǔn)證書(shū)或校準(zhǔn)報(bào)告簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標(biāo)識(shí);o)

校準(zhǔn)結(jié)果僅對(duì)被校對(duì)象有效的聲明;p)

未經(jīng)實(shí)驗(yàn)室書(shū)面批準(zhǔn),不得部分復(fù)制證書(shū)的聲明。9

復(fù)校時(shí)間間隔復(fù)校時(shí)間間隔由用戶(hù)根據(jù)使用情況自行確定,推薦為1年。

7序號(hào)上升時(shí)間/ps脈沖寬度/ps12345678910標(biāo)稱(chēng)值/ps平均值/ps序號(hào)上升時(shí)間/ps脈沖寬度/ps12345678910標(biāo)稱(chēng)值/ps平均值/ps項(xiàng)目檢查結(jié)果外觀及功能正常性檢查表A.1

表A.1

外觀及功能正常性檢查表A.2

上升時(shí)間和脈沖寬度

(示波器法)表A.3

上升時(shí)間和脈沖寬度

(電光采樣法)8JJF2076—2023附錄A原始記錄格式序號(hào)RλiI/

(A/W)RλiI/

(A/W)RλiI/

(A/W)1234567910平均值RλiI/

(A/W)激發(fā)頻率GHz序號(hào)12345678910fn

(頻率間隔設(shè)為標(biāo)稱(chēng)3dB帶寬頻率值的5%)Pofi/WPefi/WRfRf3dB帶寬頻率值/GHzJJF2076—2023A表

.4A表

.4

直流響應(yīng)度表A.5

3dB帶寬激發(fā)頻率f/GHz頻率響應(yīng)Rf3dB帶寬頻率值/GHz不確定度U

(k=2)輸入波長(zhǎng)/nmRλI/

(A/W)不確定度U

(k=2)tr

標(biāo)稱(chēng)值/pstr實(shí)測(cè)值/ps不確定度U

(k=2)τ標(biāo)稱(chēng)值/psτ實(shí)測(cè)值/ps不確定度U

(k=2)tr

標(biāo)稱(chēng)值/pstr實(shí)測(cè)值/ps不確定度U

(k=2)τ標(biāo)稱(chēng)值/psτ實(shí)測(cè)值/ps不確定度U

(k=2)項(xiàng)目檢查結(jié)果外觀及功能正常性檢查JJF2076—2023附錄B校準(zhǔn)證書(shū)內(nèi)頁(yè)格式表B.1

外觀及表B.1

外觀及功能正常性檢查表B.2

上升時(shí)間和脈沖寬度

(示波器法)表B.3

上升時(shí)間和脈沖寬度

(電光采樣法)表B.4

直流響應(yīng)度表B.5

3dB帶寬次數(shù)12345678910測(cè)量值ps7.06.66.87.27.36.76.97.06.56.8JJF2076—2023附錄C主要項(xiàng)目校準(zhǔn)不確定度評(píng)定示例C.1

示波器法上升時(shí)間測(cè)量不確定度評(píng)定C.1.1

測(cè)量方法8高速光電探測(cè)器上

升

時(shí)

間

示

波

器

法

校

準(zhǔn)

是

使

用

示

波

器

直

接

測(cè)

量。以

86100D8(6117A)

取樣示波器對(duì)帶寬50GHz的高速

光

電

探

測(cè)

器

輸

出

脈

沖

波

形

為

例,

進(jìn)

行

不

確定度評(píng)定。C.1.2

不確定度來(lái)源經(jīng)分析,不確定度來(lái)源有以下3項(xiàng):1)

示波器固有特性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1;2)

測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2;3)

飛秒脈沖激光功率穩(wěn)定性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3。C.1.3

標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評(píng)定C.1.3.1

示波器固有特性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量示波器固有特性引入的不確定度主要來(lái)源于示波器的時(shí)基抖動(dòng)。對(duì)于某型號(hào)取樣示波器,其時(shí)基抖動(dòng)的指標(biāo)為1.0ps,按均勻分布,則包含因子k=

3,計(jì)算可得該項(xiàng)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1=0.58ps。C.1.3.2

測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量用取樣示波器的70GHz模塊,重復(fù)測(cè)量帶

寬

50GHz光

電

探

測(cè)

器

輸

出

脈

沖

波

形

上升時(shí)間的10次數(shù)據(jù)見(jiàn)表C.1。表C.1

示波器法上升時(shí)間測(cè)量結(jié)果采用

A類(lèi)評(píng)定方法表C.1

示波器法上升時(shí)間測(cè)量結(jié)果采用

A類(lèi)評(píng)定方法,計(jì)算得到測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u 2=0.25ps。飛秒脈沖激光器的功率穩(wěn)定性對(duì)脈

沖

波

形

上

升

時(shí)

間

引

入

的

測(cè)

量

誤

差

大

約

為0.2ps,按均勻分布,k=

3,則該項(xiàng)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3=0.12ps。C.1.4

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度示波器法上升時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總見(jiàn)表C.2。11不確定分量不確定來(lái)源評(píng)定方法標(biāo)準(zhǔn)不確定度/psu1示波器固有特性B類(lèi)0.58u2測(cè)量重復(fù)性A類(lèi)0.25u3飛秒脈沖激光功率穩(wěn)定性B類(lèi)0.12次數(shù)12345678910測(cè)量值ps9.28.58.89.09.18.98.79.18.78.9JJF2076—2023表C.2

示波器法上升時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)不確定度表C.2

示波器法上升時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表由于各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量間互不相關(guān),則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:C.1.5

擴(kuò)展不確定度取k=2,則擴(kuò)展不確定度U=kuc=1.3psC.2

示波器法脈沖寬度測(cè)量不確定度評(píng)定C.2.1

測(cè)量方法8高速光電探測(cè)器脈

沖

寬

度

示

波

器

法

校

準(zhǔn)

是

使

用

示

波

器

直

接

測(cè)

量。以

86100D8(6117A)

取樣示波器對(duì)帶寬50GHz的高速

光

電

探

測(cè)

器

輸

出

脈

沖

波

形

為

例,

進(jìn)

行

不

確定度評(píng)定。C.2.2

不確定度來(lái)源經(jīng)分析,不確定度來(lái)源有以下3項(xiàng):1)

示波器固有特性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1;2)

測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2;3)

飛秒脈沖激光功率穩(wěn)定性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3。C.2.3

標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定C.2.3.1

示波器固有特性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量示波器固有特性引入的不確定度主要來(lái)源于示波器的時(shí)基抖動(dòng)。對(duì)于某型號(hào)取樣示波器,其時(shí)基抖動(dòng)的指標(biāo)為1.0ps,按均勻分布,則包含因子k=

3,計(jì)算可得該項(xiàng)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1=0.58ps。C.2.3.2

測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量用取樣示波器的70GHz模塊,重復(fù)測(cè)量帶

寬

50GHz光

電

探

測(cè)

器

輸

出

脈

沖

波

形

脈沖寬度的10次數(shù)據(jù)見(jiàn)表C.3。表C.3

示波器法脈沖寬度測(cè)量結(jié)果采用

A類(lèi)評(píng)定方法表C.3

示波器法脈沖寬度測(cè)量結(jié)果采用

A類(lèi)評(píng)定方法計(jì)算得到測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u 2=0.22ps。飛秒脈沖激光器的功率穩(wěn)定性對(duì)脈

沖

波

形

脈

沖

寬

度

引

入

的

測(cè)

量

誤

差

大

約

為0.3ps,按均勻分布,k=

3,飛秒脈沖激光功率穩(wěn)定性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3=0.17ps。12不確定分量不確定來(lái)源評(píng)定方法標(biāo)準(zhǔn)不確定度/psu1示波器固有特性B類(lèi)0.58u2測(cè)量重復(fù)性A類(lèi)0.22u3飛秒脈沖激光功率穩(wěn)定性B類(lèi)0.17次數(shù)12345678910測(cè)量值ps4.654.604.564.694.754.734.554.614.734.58JJF2076—2023C.2.4

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度示波器法脈沖寬度標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總見(jiàn)表C.4。表C.4

示波器法脈沖寬度標(biāo)準(zhǔn)不確定度表C.4

示波器法脈沖寬度標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表由于各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量間互不相關(guān),則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:C.2.5

擴(kuò)展不確定度取k=2,則擴(kuò)展不確定度U=kuc=1.3psC.3

電光采樣法上升時(shí)間測(cè)量不確定度評(píng)定C.3.1

測(cè)量方法電光采樣法上升時(shí)間測(cè)量是標(biāo)準(zhǔn)源法,使用電光采樣脈沖波形測(cè)量裝置直接測(cè)量。C.3.2

不確定度來(lái)源經(jīng)分析,不確定度來(lái)源有以下2項(xiàng):1)

電光采樣脈沖波形測(cè)量裝置引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1;2)

測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2。C.3.3

標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評(píng)定C.3.3.1

電光采樣脈沖波形測(cè)量裝置引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量電光采樣脈沖波形測(cè)量裝置由于電光調(diào)制芯片散射參數(shù)修正、位移臺(tái)精度及光路準(zhǔn)直性、飛秒脈沖激光器功率穩(wěn)定性等因素將對(duì)上升時(shí)間測(cè)量產(chǎn)生影響。以中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院自研的電光采樣脈沖波形測(cè)量裝置的不確定度評(píng)定為例,其整體引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1=0.50ps。C.3.3.2

測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量用電光采樣脈沖波形測(cè)量裝置對(duì)帶寬為70GHz的光電探

測(cè)

器

輸

出

脈

沖

波

形

的

上

升時(shí)間進(jìn)行重復(fù)測(cè)量,10次測(cè)量結(jié)果如表C.5所示。表C.5

電光采樣法上升時(shí)表C.5

電光采樣法上升時(shí)間測(cè)量結(jié)果采用

A類(lèi)評(píng)定方法計(jì)算得到測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u 2=0.07ps。電光采樣法上升時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總見(jiàn)表C.6。

13次數(shù)12345678910測(cè)量值ps5.025.005.055.074.904.895.115.144.874.90不確定分量不確定來(lái)源評(píng)定方法標(biāo)準(zhǔn)不確定度/psu1電光采樣測(cè)量裝置B類(lèi)0.50u2測(cè)量重復(fù)性A類(lèi)0.07JJF2076—2023表C.6

電光采樣法上升時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)表C.6

電光采樣法上升時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表由于各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量間互不相關(guān),則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:C.3.5

擴(kuò)展不確定度取k=2,則擴(kuò)展不確定度U=kuc=1.0psC.4

電光采樣法脈沖寬度測(cè)量不確定度評(píng)定C.4.1

測(cè)量方法電光采樣法脈沖寬度測(cè)量與上升時(shí)間測(cè)量同樣是使用電光采樣脈沖波形測(cè)量裝置直接測(cè)量。C.4.2

不確定度來(lái)源經(jīng)分析,不確定度來(lái)源有以下2項(xiàng):1)

電光采樣脈沖波形測(cè)量裝置引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1;2)

測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2。C.4.3

標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評(píng)定C.4.3.1

電光采樣脈沖波形測(cè)量裝置引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量電光采樣脈沖波形測(cè)量裝置由于電光調(diào)制芯片散射參數(shù)修正、位移臺(tái)精度及光路準(zhǔn)直性、飛秒脈沖激光器功率穩(wěn)定性等因素會(huì)對(duì)脈沖寬度測(cè)量產(chǎn)生影響。以中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院自研的電光采樣脈沖波形測(cè)量裝置的不確定度評(píng)定為例,其整體引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1=0.50ps。C.4.3.2

測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量用電光采樣脈沖波形測(cè)量裝置對(duì)帶寬為70GHz的光電探

測(cè)

器

輸

出

脈

沖

波

形

的

脈

沖寬度進(jìn)行重復(fù)測(cè)量,10次測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表C.7。表C.7

電光采樣法脈沖寬表C.7

電光采樣法脈沖寬度測(cè)量結(jié)果采用

A類(lèi)評(píng)定方法計(jì)算得到測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u 2=0.10ps。電光采樣法脈沖寬度標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總見(jiàn)表C.8。14不確定分量不確定來(lái)源評(píng)定方法標(biāo)準(zhǔn)不確定度/psu1電光采樣測(cè)量裝置B類(lèi)0.50u2測(cè)量重復(fù)性A類(lèi)0.10JJF2076—2023表C.8

電光采樣法脈沖寬度標(biāo)準(zhǔn)不確表C.8

電光采樣法脈沖寬度標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表?Pλ

,c

2=1,c

3=

?RλI?Iλ

,c

4=1

(.3)由于各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量間互不相關(guān),則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:C.4.5

擴(kuò)展不確定度取k=2,則擴(kuò)展不確定度U=kuc=1.0psC.5

直流響應(yīng)度測(cè)量不確定度評(píng)定C.5.1

測(cè)量模型C直流響應(yīng)度由公式

(.1)

獲得:CCRλI=Iλ/Pλ (.1)C式中:RλI

———直流響應(yīng)度測(cè)量值,A/W;Iλ ———響應(yīng)波長(zhǎng)為λ時(shí)被校高速光電探測(cè)器輸出電流測(cè)量平均值,A;Pλ

———響應(yīng)波長(zhǎng)為λ時(shí)被校高速光電探測(cè)器入射光功率測(cè)量平均值,W。C.5.2

不確定度來(lái)源經(jīng)分析,不確定度來(lái)源有以下4項(xiàng):1)

激光功率引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1rel;2)

測(cè)量重復(fù)性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2rel;3)

數(shù)字電流表引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3rel;4)

分束器分束比引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u4rel。由于各不確定度分量間不相關(guān),得到RλI的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定計(jì)算公式為:Cu=cu+cu+cu+cu (.2)C其中靈敏系數(shù)為c1=?RλI C經(jīng)分析處理,相對(duì)不確定分量

的

靈

敏

系

數(shù)

均

為1,

則RλI的

相

對(duì)

合

成

標(biāo)

準(zhǔn)

不

確

定

度計(jì)算公式為:Cucrel=

u+u+u+u (.4)CC.5.3

標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評(píng)定C.5.3.1

激光功率引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量激光功率引入的不確定度包括可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的輸出功率穩(wěn)定性和光功率計(jì)的測(cè)量誤差。其中,激光器的輸出功率穩(wěn)定性為±0.5%,光功率計(jì)的最大允許誤差為±5.0%,都按均勻分布,k=

3,則激光功率引入的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

15不確定分量不確定來(lái)源評(píng)定方法相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1rel激光功率B類(lèi)2.9%u2rel測(cè)量重復(fù)性A類(lèi)3.0%u3rel數(shù)字電流表B類(lèi)5.8%u4rel分束器分束比B類(lèi)1.2%次數(shù)12345678910測(cè)量值A(chǔ)/W0.610.580.600.620.590.600.580.630.610.59u 1rel=

(.5%/

3)+u 1rel=

(.5%/

3)+(.0%/

3)

=2.9%052 2C.5.3.2

測(cè)量重復(fù)性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量用直流響應(yīng)度標(biāo)稱(chēng)值為0.6A/W

的

帶寬70GHz光電探測(cè)器的直流響應(yīng)度進(jìn)行重復(fù)測(cè)量,10次測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表C.9。表C.9

直流響應(yīng)度測(cè)量結(jié)果采表C.9

直流響應(yīng)度測(cè)量結(jié)果采用

A類(lèi)評(píng)定方法計(jì)算得

到

測(cè)

量

重

復(fù)

性

引

入

的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u 2=0.02

A/W,

則C.5.3.3

數(shù)字電流表引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量數(shù)字電流表的測(cè)量精度將對(duì)被校光電探測(cè)器輸出電流值的測(cè)量產(chǎn)生誤差,最大允許誤差為

±10%,按均勻分布,k=

3,數(shù)字電流表引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3rel=5.8%。C.5.3.4

分束器分束比引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量光纖分束器分束比不準(zhǔn)確將引起被校準(zhǔn)光電探測(cè)器的實(shí)際輸入光功率和光功率計(jì)測(cè)量值之間的誤差。

分束器分束比的最大允許誤差為±2%,

按均勻分布,k=

3,

分束器分束比引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u4rel=1.2%。C.5.4

相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度直流響應(yīng)度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總見(jiàn)表C.10。表C.10

直流響應(yīng)度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度表C.10

直流響應(yīng)度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表由于各不確定度分量間不相關(guān),計(jì)算得到RλI 的相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:C.5.5

擴(kuò)展不確定度取k=2,則相對(duì)擴(kuò)展不確定度Urel=kucrel=14.4%。C.6

3dB帶寬測(cè)量不確定度評(píng)定C.6.1

測(cè)量模型3dB帶寬測(cè)量模型可表示為:16

?P of

,c

?P of

,c

4=?Rf 3dB

?P ef (.9)CB=f3dB (.5)C式中:B ———帶寬測(cè)量值,GHz;f3dB———頻率響應(yīng)下降3dB所對(duì)應(yīng)的頻率值,GHz。根據(jù)測(cè)量原理,3dB帶寬是頻率響應(yīng)下降

3dB時(shí)

所

對(duì)

應(yīng)

的

頻

率

值,

則

相

對(duì)

頻

率

響應(yīng)Rf3dB計(jì)算公式為:f CPRf3dB

=-10lg(

of/Pe

)f CP式中:Rf3dB頻率點(diǎn)相對(duì)頻率響應(yīng);fPof

———被校高速光電探測(cè)器的入射光功率的測(cè)量值,W。fPe ———被校高速光電探測(cè)器的輸出電功率的測(cè)量值,W。盡管相對(duì)頻率響應(yīng)Rf3dB跟頻