JJF 1549-2015光电探测器带宽测试仪校准规范-(高清原版）.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 5 4 92 0 1 5光电探测器带宽测试仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rP h o t o d e t e c t o rB a n d w i d t hM e a s u r i n gI n s t r u m e n t s 2 0 1 5-1 2-0 7发布2 0 1 6-0 3-0 7实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发 布市场监管总局市场监管总局光电探测器带宽测试仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rP h o t o d e t e c t o rB a n d w i d t hM e a s u r i n gI n s t r u m e n t sJ J F1 5 4 92 0 1 5 归 口 单 位:全国光学计量技术委员会 主要起草单位:中国计量科学研究院中国电子科技集团公司第四十一研究所 参加起草单位:国家通信计量站江苏省计量科学研究院 本规范委托全国光学计量技术委员会负责解释J J F1 5 4 92 0 1 5市场监管总局市场监管总局本规范主要起草人:徐 楠(中国计量科学研究院)费 丰(中国电子科技集团公司第四十一研究所)李建威(中国计量科学研究院)参加起草人:李 健(中国计量科学研究院)王恒飞(中国电子科技集团公司第四十一研究所)张颖艳(国家通信计量站)武 军(江苏省计量科学研究院)J J F1 5 4 92 0 1 5市场监管总局市场监管总局目 录引言()1 范围(1)2 术语和计量单位(1)2.1 频率响应(1)2.2 频率响应带宽(1)3 概述(1)4 计量特性(2)4.1 相对示值误差(2)4.2 测量重复性(2)5 校准条件(2)5.1 环境条件(2)5.2 测量标准及其他设备(2)6 校准项目和校准方法(2)6.1 校准项目(2)6.2 校准前检查(2)6.3 校准准备(2)6.4 相对示值误差(3)6.5 测量重复性(3)7 校准结果(4)8 复校时间间隔(4)附录A 校准原始记录推荐格式(5)附录B 校准证书内页格式(6)附录C 校准不确定度评定示例(7)J J F1 5 4 92 0 1 5市场监管总局市场监管总局引 言 J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则、J J F1 0 0 12 0 1 1 通用计量术语及定义、J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示共同构成本校准规范制定工作的基础性系列规范。本规范为首次发布。J J F1 5 4 92 0 1 5市场监管总局市场监管总局光电探测器带宽测试仪校准规范1 范围本规范适用于光电探测器带宽测试仪或带宽测量装置中频率响应带宽参数的校准。2 术语和计量单位2.1 频率响应 f r e q u e n c yr e s p o n s e当向电子仪器系统输入一个振幅不变,频率变化的信号时,测量系统相对输出端的响应。本规范中特指高速光电探测器的响应电流或电压与输入光功率之比。注:通常根据被测光电探测器响应的微波功率和被测件的输出阻抗计算出响应电压,再计算频响曲线。目前绝大多数高速光电探测器的输出阻抗都是5 0,因此可直接根据微波功率来计算频响。即频率响应由公式(1)计算:Rf=-1 0l gPe fPo f(1)式中:Rf 相对频响,d B;Pe f 调制频率为f时的器件响应电功率,mW;Po f 调制频率为f时的器件入射光功率,mW。2.2 频率响应带宽 f r e q u e n c yr e s p o n s eb a n d w i d t h在高速光电探测器频率响应曲线上,频率响应下降3d B时所对应的频率值,单位用H z表示。3 概述光电探测器带宽测试仪是用于测量光电探测器、光电接收机、光收发模块等光电转换器件的带宽参数的仪表。测量方法为光调制扫描法,利用微波源输出的正弦扫频信号来调制光波源的直流光,从而得到调制光信号,该调制光信号经过被测光电探测器后转换为微波信号,测量该微波信号的功率,得到频率响应曲线,读取频率响应下降3d B对应的调制频率即可得到被测光电探测器的频率响应带宽。原理示意图见图1。图1 光电探测器带宽测试仪原理示意图1J J F1 5 4 92 0 1 5市场监管总局市场监管总局4 计量特性4.1 相对示值误差一般优于1 5%(带宽测量范围:1 0MH z 6 7GH z)。4.2 测量重复性一般优于5%。注:以上指标不是用于合格性判别,仅供参考。5 校准条件5.1 环境条件5.1.1 环境温度:(2 35),校准过程中环境温度变化不超过3。5.1.2 相对湿度:8 0%。5.1.3 电源电压:(2 2 02 2)V;频率:(5 01)H z。5.1.4 实验室应无影响测量结果的振动和电磁场干扰。5.2 测量标准及其他设备5.2.1 标准光电探测器a)连接器类型:光输入端建议采用F C型光纤连接器,电输出端根据光电探测器带宽值采用不同类型的连接器。(通常带宽为2 6.5GH z以下采用S MA或3.5mm型连接器,带宽为2 6.5GH z 4 0GH z范围内采用2.4mm型或2.9 2mm型连接器,带宽为4 0GH z 6 7GH z范围内采用1.8mm型连接器)b)带宽值:满足校准要求的带宽值,通常选取1 0GH z、2 0GH z、4 0GH z等常用带宽值附近的点作为带宽参考点。c)带宽示值测量不确定度:Ur e l一般不超过5%(k=2)。6 校准项目和校准方法6.1 校准项目6.1.1 相对示值误差6.1.2 测量重复性6.2 校准前检查6.2.1 应具备规格、型号、制造厂名、设备编号及相应的警示标志等。6.2.2 被校光电探测器带宽测试仪应带有必要的附件、说明书。6.2.3 被校光电探测器带宽测试仪各部件应安装牢固,能确保正常工作。6.2.4 被校光电探测器带宽测试仪通电后显示功能正常。6.3 校准准备所有校准用设备和被校光电探测器带宽测试仪均置于工作台上,并按照说明书的要求进行预热。校准用设备应在检定或校准周期内使用。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。2J J F1 5 4 92 0 1 5市场监管总局市场监管总局6.4 相对示值误差6.4.1 将参考测量用的标准带宽光电探测器的光输入端与被校带宽测试仪的光输出口连接,将探测器的电输出端与被校带宽测试仪的电输入口连接。见图2。图2 带宽相对示值误差校准装置框图6.4.2 设置带宽测试仪的校准波长及各测量所需的设置值,进行标准光电探测器带宽值的参考测量。读取被校带宽测试仪的带宽测量值Rui。6.4.3 将标准光电探测器与被校带宽测试仪断开连接,然后重新连接并读取被校带宽测试仪的带宽测量结果。重复测量n次(n8),按公式(2)计算被校带宽测试仪示值的平均值:Ru=1nni=1Rui(2)式中:Ru 被校带宽测试仪示值的平均值,H z;n 测量次数;Rui 第i次测量得到的被校带宽测试仪示值,H z。6.4.4 相对示值误差C=Ru-RsRs(3)式中:C 相对示值误差;Rs 标准光电探测器的带宽值,H z。6.5 测量重复性根据6.4中相对示值误差测量结果,计算实验标准偏差,按公式(4)求出测量重复性:r=1n-1ni=1(Rui-Rui)2Ru(4)式中:r 重复性;n 测量次数,n8;Rui 第i次测量得到的被校带宽测试仪示值,i=1,n,H z;3J J F1 5 4 92 0 1 5市场监管总局市场监管总局Ru n次测量得到的被校带宽测试仪示值的算术平均值,H z。7 校准结果校准后的光电探测器带宽测试仪发给校准证书,校准证书必须至少包含以下信息:(a)标题,如“校准证书”或“校准报告”;(b)实验室名称和地址;(c)进行校准的地点(如果不在实验室内进行校准);(d)证书或报告的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;(e)送校单位的名称和地址;(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和应用有关时,应说明被校对象的接收日期;(h)如果与校准结果的有效性和应用有关时,应对抽样程序进行说明;(i)对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)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识,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,不得部分复制证书或报告的声明。原始记录格式参见附录A,校准证书内页格式参见附录B,校准结果不确定度评定示例参见附录C。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。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。4J J F1 5 4 92 0 1 5市场监管总局市场监管总局附录A校准原始记录推荐格式校准员:核验员:第 页 共 页原始记录编号:证书编号:校准日期:温度:相对湿度:%送检单位:联系人:地 址:电 话:被校仪器名称:型号:制造厂:编号:校准前检查:依据的技术文件(代号、名称):校准使用的计量(基)标准装置或主要标准器名 称测量范围不确定度/准确度证书编号证书有效期至校准波长n m序号12345678平均值(H z)被校示值带宽标准值校准结果相对示值误差:重复性:测量不确定度:被校示值带宽标准值校准结果相对示值误差:重复性:测量不确定度:5J J F1 5 4 92 0 1 5市场监管总局市场监管总局附录B校准证书内页格式证书编号:第页 共页校 准 结 果校准波长n m带宽参考点H z带宽相对示值误差测量不确定度测量重复性6J J F1 5 4 92 0 1 5市场监管总局市场监管总局附录C校准不确定度评定示例 依据光电探测器带宽测试仪校准规范的各项计量特性及校准条件与校准项目的规定,对光电探测器带宽测试仪进行了校准。下面针对光电探测器带宽测试仪的带宽参数测量结果的不确定度进行分析。C.1 建立测量模型C=(Ru-Rs)Rs(C.1)式中:C 带宽示值相对误差;Ru 被校带宽测试仪示值的平均值;Rs 标准光电探测器的带宽值。带宽示值误差的不确定度分量包括带宽标准值的测量不确定度,被校带宽测试仪示值测量重复性、被校带宽测试仪的分辨力引入的不确定度。以上分量彼此无关,由于微波频率测量线性引入的测量不确定分量可忽略不计。注:当被校仪器的分辨力引入的不确定度分量大于其重复性引入的不确定度分量时,则用分辨力引入的不确定度分量代替重复性引入的不确定度分量。C.2 标准不确定度和灵敏系数由于公式C.1中两个分量不相关,因此对公式C.1做对数变换及相应处理,则各相对不确定度分量的灵敏系数ci均为1;ur e l2(C)=ur e l2(Ru)+ur e l2(Rs)C.3 校准不确定度评定C.3.1 由于被校仪器带宽测量重复性引入的不确定度u1由8次测试获得,用A类方法评定。在15 5 0n m波长上对1 2.7 0 3GH z带宽的标准光电探测器进行测量,测量8次,测量 值 分 别 为:1 2.5 9 GH z,1 3.5 6 GH z,1 3.5 8 GH z,1 2.8 GH z,1 3.3 1 GH z,1 2.5 4GH z,1 3.8 7GH z,1 3.2 8GH z,则被校带宽测试仪示值的平均值为:Ru=1nni=1Rui=188i=1Rui=1 3.1 9GH z 示值误差为Ru-Rs=-0.4 8 7GH z。测量重复性为:r=1n(n-1)ni=1(Rui-Ru)2Ru=0.1 7 5GH z/1 3.1 9GH z=1.3 3%则相对不确定度为ur e l 1=1.3 3%。C.3.2 由于标准带宽光电探测器溯源引入的不确定度u2,用B类方法评定。7J J F1 5 4 92 0 1 5市场监管总局市场监管总局经计量校准所给定的扩展不确定度为5%,k=2,则标准不确定度为ur e l 2=5%/2=2.5%C.4 不确定度合成C.4.1 相对标准不确定度评定表按照表C.1进行标准不确定度汇总。表C.1 不确定度来源汇总表iui不确定度来源相对标准不确定度1ur e l 1被校仪器带宽测量重复性1.3 3%(A类)2ur e l 2标准带宽光电探测器溯源2.5%(B类)C.4.2 合成相对标准不确定度uc r e l=u2r e l 1+u2r e l 2=1.3 3%2+2.5%2=2.8 3%C.4.3 相对扩展不确定度取k=2,则Ur e l=2uc r e l=22.8 3%5.7%可得到在15 5 0n m波长和1 2.7 0 3GH z带宽上,带宽示值误差为-0.4 8 7GH z的测量不确定度为Ur e l=5.7%(k=2)。8J J F1 5 4 92 0 1 5市场监管总局市场监管总局