(高清版)GBT 43736-2024 精密光頻測量中光學(xué)頻率梳性能參數(shù)測試方法

精密光頻測量中光學(xué)頻率梳性能參數(shù)測試方法2024-03-15發(fā)布2024-10-01實(shí)施國家市場監(jiān)督管理總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)GB/T43736—2024 I 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4測試環(huán)境要求 5測試設(shè)備配置要求 36測試方法 6.1重復(fù)頻率調(diào)諧范圍 36.2載波包絡(luò)相移頻率調(diào)諧范圍 46.3載波包絡(luò)相移頻率信噪比 46.4載波包絡(luò)相移頻率線寬 56.5單梳齒平均功率 6.6輸出光譜平坦度 66.7重復(fù)頻率不穩(wěn)定度 66.8載波包絡(luò)相移頻率不穩(wěn)定度 6.9光學(xué)頻率梳梳齒線寬 7測試報(bào)告 附錄A(資料性)測試報(bào)告記錄信息 參考文獻(xiàn) I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由全國量子計(jì)算與測量標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC578)提出并歸口。本文件起草單位：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、濟(jì)南量子技術(shù)研究院、中國科學(xué)院物理研究所、中國計(jì)量科學(xué)研究院、中國信息通信研究院、華東師范大學(xué)、中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京長城計(jì)量測試技術(shù)研究所。1精密光頻測量中光學(xué)頻率梳性能參數(shù)測試方法本文件描述了精密光頻測量應(yīng)用中光學(xué)頻率梳性能參數(shù)的測試環(huán)境要求、測試設(shè)備配置要求、測試本文件適用于精密光頻測量系統(tǒng)中所用光學(xué)頻率梳的性能參數(shù)測試。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T15313—2008激光術(shù)語GB/T25915.1—2021潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境第1部分：按粒子濃度劃分空氣潔凈度等級(jí)3術(shù)語和定義GB/T15313—2008界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。重復(fù)頻率repetitionratefrep脈沖激光器每秒發(fā)出的激光脈沖數(shù)。f?脈沖激光的載波包絡(luò)和光載波之間的相位變化所對應(yīng)的頻率。光學(xué)頻率梳opticalfrequencycomb一種重復(fù)頻率(3.1)和載波包絡(luò)相移頻率(3.2)精密可控的光學(xué)信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)。重復(fù)頻率調(diào)諧范圍tuningrangeofrepetitionrate光學(xué)頻率梳(3.3)重復(fù)頻率(3.1)的輸出頻率范圍。載波包絡(luò)相移頻率調(diào)諧范圍tuningrangeofcarrier-envelopeoffsetfrequency光學(xué)頻率梳(3.3)載波包絡(luò)相移頻率(3.2)的輸出頻率范圍。2GB/T43736—2024載波包絡(luò)相移頻率信噪比光學(xué)頻率梳(3.3)載波包絡(luò)相移頻率(3.2)的信號(hào)與噪聲的比值?！鱲fn光學(xué)頻率梳(3.3)載波包絡(luò)相移頻率(3.2)的半高全寬。P在規(guī)定波長條件下，光學(xué)頻率梳(3.3)單個(gè)梳齒功率的平均值。F在規(guī)定波長范圍內(nèi)，光學(xué)頻率梳(3.3)輸出光譜最大功率和最小功率的差值。阿倫標(biāo)準(zhǔn)偏差allandeviationo,(r)時(shí)長為r的相鄰兩個(gè)取樣時(shí)間內(nèi)頻率平均值之差的均方根的1/√2。重復(fù)頻率不穩(wěn)定度instabilityofrepetitionratefrequency光學(xué)頻率梳(3.3)重復(fù)頻率(3.1)的隨機(jī)起伏程度。光學(xué)頻率梳(3.3)載波包絡(luò)相移頻率(3.2)的隨機(jī)起伏程度。光學(xué)頻率梳梳齒線寬linewidthofcombteeth在規(guī)定的波長和分辨率條件下，光學(xué)頻率梳(3.3)梳齒的半高全寬。3GB/T43736—20244測試環(huán)境要求測試間的環(huán)境應(yīng)保持空氣過濾、無塵，殘留塵埃應(yīng)按照GB/T25915.1—2021中定義的ISO4級(jí)潔凈度要求執(zhí)行。測試間環(huán)境的相對濕度小于65%,溫度為23℃±3℃,檢定時(shí)的溫度波動(dòng)應(yīng)小于1℃。5測試設(shè)備配置要求測量設(shè)備應(yīng)滿足以下要求：a)測量設(shè)備的量程和準(zhǔn)確度滿足相應(yīng)測試要求；b)測量設(shè)備的測試波長范圍能夠覆蓋被測光學(xué)頻率梳波長范圍；c)測試時(shí)儀器和設(shè)備良好接地；d)測試采用的電源電壓、紋波及噪聲等滿足測試設(shè)備說明書和光學(xué)頻率梳的使用要求。6測試方法6.1重復(fù)頻率調(diào)諧范圍測試光學(xué)頻率梳重復(fù)頻率調(diào)諧范圍，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行。a)對被測光學(xué)頻率梳和測試儀器進(jìn)行預(yù)熱。b)按圖1連接測試系統(tǒng)，重復(fù)頻率信號(hào)幅度在一20dBm～0dBm范圍內(nèi)，信號(hào)在300kHz分辨率條件下，信噪比大于20dB,其中光學(xué)頻率梳與頻譜分析設(shè)備采用50Ω的同軸電纜連接。頻譜分析設(shè)各載波包絡(luò)和移光學(xué)頻率梳圖1重復(fù)頻率調(diào)諧范圍測試框圖c)設(shè)置重復(fù)頻率控制裝置，改變被測光學(xué)頻率梳的重復(fù)頻率，記錄重復(fù)頻率最大值fmx和最小值fmint,有效位數(shù)不小于2位，重復(fù)測量n(n≥5)次。按照公式(2)和公式(3)計(jì)算n次測量數(shù)據(jù)的均值，得出重復(fù)頻率最大值fmm和最小值fmim:fmx——重復(fù)頻率最大值的平均值，單位為千赫茲(kHz);fmw——第i次測量的重復(fù)頻率最大值，單位為千赫茲(kHz);fmn——重復(fù)頻率最小值的平均值，單位為千赫茲(kHz);fmin——第i次測量的重復(fù)頻率最小值，單位為千赫茲(kHz)。d)按公式(4)計(jì)算重復(fù)頻率的調(diào)諧范圍△f:…………(2)4GB/T43736—2024a)對被測光學(xué)頻率梳和測試儀器進(jìn)行預(yù)熱。b)按圖2連接測試系統(tǒng)，載波包絡(luò)相移頻率信號(hào)幅度在一20dBm～0dBm范圍內(nèi)，信號(hào)在300kHz分辨率條件下，信噪比大于20dB,其中光學(xué)頻率梳與頻譜分析設(shè)備采用5重復(fù)頻率重復(fù)頻率載波包絡(luò)相移圖2載波包絡(luò)相移頻率調(diào)諧范圍測試框圖移頻率最大值fomx和最小值fomin:,有效位數(shù)不小于2位，重復(fù)測量n次(n≥5)。按照公式(5) (5) (6)d)按公式(7)計(jì)算載波包絡(luò)相移頻率的調(diào)諧范圍△f?:△f?=fomaxfomin………………(7)a)按圖2連接測試系統(tǒng)，其中光學(xué)頻率梳與頻譜分析設(shè)備采用50Ω的同軸電纜連接。b)利用頻譜分析設(shè)備，設(shè)定其分辨率為300kHz,對載波包絡(luò)相移頻率信號(hào)的峰值功率P和距離載波包絡(luò)相移頻率10MHz或1/4重復(fù)頻率處噪底功率P。進(jìn)行記錄，有效位數(shù)不小于2位，重復(fù)測量n次(n≥5),按照公式(8)和公式(9)計(jì)算n次測量數(shù)據(jù)的平均值，得到峰值功率P和噪底功率Po;:5GB/T43736—2024P——載波包絡(luò)相移頻率信號(hào)的峰值功率，單位為毫瓦分貝(dBm);n——測量次數(shù)；P。——載波包絡(luò)相移頻率信號(hào)的噪底功率，單位為毫瓦分貝(dBm);Po;——第i次測量載波包絡(luò)相移頻率的噪底功率，單位為毫瓦分貝(dBm)。c)按公式(10)計(jì)算光學(xué)頻率梳載波包絡(luò)相移頻率信噪比式中：SNR?！d波包絡(luò)相移頻率信噪比，單位為分貝(dB)。6.4載波包絡(luò)相移頻率線寬在載波包絡(luò)相移頻率未鎖定狀態(tài)下，測試光學(xué)頻率梳載波包絡(luò)相移頻率線寬，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行：a)按圖2連接測試系統(tǒng)，其中光學(xué)頻率梳與頻譜分析設(shè)備采用50Ω的同軸電纜連接；b)利用頻譜分析設(shè)備，測試載波包絡(luò)相移頻率信號(hào)的半高全寬△v,設(shè)置頻譜分析設(shè)備分辨率優(yōu)于載波包絡(luò)相移頻率信號(hào)線寬的1/3。6.5單梳齒平均功率測試光學(xué)頻率梳在某一波長條件下單梳齒平均功率，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行。a)對被測光學(xué)頻率梳和測試儀器進(jìn)行預(yù)熱。b)將光學(xué)頻率梳與光譜分析儀采用相應(yīng)波段的普通單模光纖連接。c)設(shè)置光譜分析儀分辨率為0.1nm,測量光學(xué)頻率梳輸出的完整光譜曲線，完成n次光譜測d)對所測光譜強(qiáng)度做歸一化處理，其中光譜強(qiáng)度最強(qiáng)處設(shè)置為1,計(jì)算光譜積分面積S;,根據(jù)公式(11)計(jì)算光學(xué)頻率梳輸出光譜的平均積分面積S: (11)S——光學(xué)頻率梳輸出光譜平均積分面積，單位為納米(nm);n——測量次數(shù)；S;——第i次測量光學(xué)頻率梳輸出光譜積分面積，單位為納米(nm)。e)采用熱敏功率計(jì)測量光學(xué)頻率梳輸出功率P;,重復(fù)測量n次(n≥5),根據(jù)公式(12),計(jì)算光學(xué)頻率梳平均輸出功率P:式中：P——光學(xué)頻率梳平均輸出功率，單位為瓦特(W);n——測量次數(shù)；P;——第i次測量光學(xué)頻率梳輸出功率，單位為瓦特(W)。f)根據(jù)公式(13),計(jì)算獲得功率譜P、:6P,——光學(xué)頻率梳的不同光譜成分的功率譜，單位為瓦特每納米(W/nm);P——光學(xué)頻率梳平均輸出功率，單位為瓦特(W);S——光學(xué)頻率梳輸出光譜平均積分面積，單位為納米(nm)。g)從功率譜P、中，讀取被測光學(xué)頻率梳在波長λ處光譜強(qiáng)度Pa,根據(jù)公式(14)計(jì)算波長λ下的單梳齒平均功率為P?:式中：P?——被測光學(xué)頻率梳波長λ處單個(gè)梳齒平均功率，單位為毫瓦特(mW);Px——被測光學(xué)頻率梳在波長λ處光譜強(qiáng)度，單位為瓦特每納米(W/nm);fep——光學(xué)頻率梳重復(fù)頻率，單位為兆赫茲(MHz);c——真空中光速，單位為米每秒(m/s)。6.6輸出光譜平坦度a)對被測光學(xué)頻率梳和測試儀器進(jìn)行預(yù)熱；b)將光學(xué)頻率梳與光譜分析儀采用相應(yīng)波段的普通單模光纖連接；c)設(shè)置光譜分析儀的分辨率，記錄測量規(guī)定波長范圍內(nèi)光學(xué)頻率梳輸出最大功率值Pmx和最小d)按公式(15)計(jì)算光學(xué)頻率梳在該波長范圍內(nèi)的平坦度F?=Pmax—Pmin……………(15)F?——光學(xué)頻率梳在規(guī)定波長范圍內(nèi)的輸出光譜的平坦度，單位為分貝(dB);Pmax—-光學(xué)頻率梳在規(guī)定波長范圍內(nèi)的最大功率，單位為毫瓦分貝(dBm);P——光學(xué)頻率梳在規(guī)定波長范圍內(nèi)的最小功率，單位為毫瓦分貝(dBm)。6.7重復(fù)頻率不穩(wěn)定度測試光學(xué)頻率梳重復(fù)頻率不穩(wěn)定度，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行：a)對被測光學(xué)頻率梳和測試儀器進(jìn)行預(yù)熱，將光學(xué)頻率梳重復(fù)頻率和載波包絡(luò)相移頻率鎖定；b)按圖3連接測試系統(tǒng)，其中重復(fù)頻率信號(hào)與頻率計(jì)數(shù)器采用50Ω阻抗的同軸電纜連接；重復(fù)頻率重復(fù)頻率光學(xué)頻率梳載波包絡(luò)相移頻率計(jì)數(shù)器射頻參考源圖3重復(fù)頻率不穩(wěn)定度的測試框圖c)利用計(jì)數(shù)器對重復(fù)頻率信號(hào)frep進(jìn)行計(jì)數(shù)；d)頻率計(jì)數(shù)器采用不同于光學(xué)頻率梳的微波參考源作為參考，該參考信號(hào)穩(wěn)定度應(yīng)優(yōu)于光學(xué)頻率梳射頻參考源的穩(wěn)定度的3倍；7e)頻率計(jì)數(shù)器門時(shí)間設(shè)置為1s,測量時(shí)間長度不小于5h;f)對采集獲得的重復(fù)頻率信號(hào)fep數(shù)據(jù)，計(jì)算重復(fù)頻率在平均時(shí)間1s,10s,100s和1000s的阿倫標(biāo)準(zhǔn)偏差σf6.8載波包絡(luò)相移頻率不穩(wěn)定度測試光學(xué)頻率梳載波包絡(luò)相移頻率不穩(wěn)定度，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行：a)對被測光學(xué)頻率梳和測試儀器進(jìn)行預(yù)熱，將光學(xué)頻率梳重復(fù)頻率和載波包絡(luò)相移頻率鎖定；b)按圖4連接測試系統(tǒng)，其中載波包絡(luò)相移頻率信號(hào)與頻率計(jì)數(shù)器采用50Ω阻抗的同軸電纜連接；審復(fù)頻率審復(fù)頻率光學(xué)頻率梳載波包絡(luò)相移頻率射頻參考源頻率計(jì)數(shù)器圖4載波包絡(luò)相移頻率不穩(wěn)定度測試框圖c)利用計(jì)數(shù)器對載波包絡(luò)相移頻率信號(hào)f?進(jìn)行計(jì)數(shù)；d)頻率計(jì)數(shù)器采用不同于光學(xué)頻率梳的微波參考源作為參考，該參考信號(hào)穩(wěn)定度應(yīng)優(yōu)于光學(xué)頻率梳微波參考源的穩(wěn)定度的3倍；e)頻率計(jì)數(shù)器門時(shí)間設(shè)置為1s,測量時(shí)間長度不小于5h;f)對采集獲得的載波包絡(luò)相移頻率信號(hào)f。數(shù)據(jù)，計(jì)算載波包絡(luò)相移頻率在平均時(shí)間1s,6.9光學(xué)頻率梳梳齒線寬測試規(guī)定波長和分辨率條件下的光學(xué)頻率梳梳齒線寬，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行：a)對被測光學(xué)頻率梳和測試儀器進(jìn)行預(yù)熱；b)按圖5連接測試系統(tǒng)，光學(xué)頻率梳和超穩(wěn)激光進(jìn)行拍頻，將拍頻信號(hào)通過50Ω阻抗的同軸電纜與頻譜分析設(shè)備連接；c)利用頻譜分析設(shè)備，對拍頻信號(hào)進(jìn)行線寬測量，分辨率小于線寬的1/3或者設(shè)定為最高分辨率，拍頻信號(hào)線寬就是光學(xué)頻率梳梳齒線寬△v。光學(xué)頻率梳拍頻頻譜分析設(shè)備超穩(wěn)激光圖5光學(xué)頻率梳梳齒線寬框圖87測試報(bào)告測試報(bào)告應(yīng)包含以下內(nèi)容：a)測試報(bào)告的唯一編號(hào)；b)測試光學(xué)頻率梳型號(hào)；c)測試日期；d)測試內(nèi)容及要求；e)測試儀器的型號(hào)和工作條件；f)測試結(jié)果以及必要的結(jié)果說明；g)測試人及審核人簽字；h)