JJF 1428-2013 光纤偏振模色散测试仪校准规范-（高清版）.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 4 2 82 0 1 3光纤偏振模色散测试仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o no fF i b e rP o l a r i z a t i o nM o d eD i s p e r s i o nT e s t e r s 2 0 1 3-0 9-0 2发布2 0 1 3-1 2-0 2实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发 布光纤偏振模色散测试仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o no fF i b e rP o l a r i z a t i o nM o d eD i s pe r s i o nT e s t e r sJ J F1 4 2 82 0 1 3 归 口 单 位:全国光学计量技术委员会 主要起草单位:国家通信计量站中国计量科学研究院 参加起草单位:中国电子科技集团公司第四十一研究所 本规范委托全国光学计量技术委员会负责解释J J F1 4 2 82 0 1 3本规范主要起草人:张颖艳(国家通信计量站)岳 蕾(国家通信计量站)徐 楠(中国计量科学研究院)参加起草人:王恒飞(中国电子科技集团公司第四十一研究所)傅栋博(国家通信计量站)J J F1 4 2 82 0 1 3目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语和定义(1)3.1 偏振模色散(1)3.2 主偏振态(1)3.3 差分群时延(1)3.4 偏振模色散系数(1)4 概述(1)4.1 斯托克斯参数测定法(S P E)原理(1)4.2 干涉法(I N T Y)原理(2)4.3 固定分析法(F A)原理(2)5 计量特性(3)5.1 偏振模色散示值误差(3)5.2 偏振模色散测量重复性(3)5.3 动态范围(3)6 校准条件(3)6.1 环境条件(3)6.2 校准用设备(3)7 校准项目和校准方法(4)7.1 校准前外观及工作正常性检查(4)7.2 校准项目(4)7.3 校准方法(4)7.4 偏振模色散示值和测量重复性(4)7.5 动态范围(5)8 校准结果表达(5)9 校准结果的不确定度评定(6)1 0 复校时间间隔(6)附录A 校准原始记录格式(7)附录B 校准证书内页格式(9)附录C 光纤偏振模色散测试仪不确定度评定实例(1 0)J J F1 4 2 82 0 1 3引 言J J F1 0 7 1 国家 计 量 校 准 规 范 编 写 规 则、J J F1 0 0 1 通 用 计 量 术 语 及 定 义、J J F1 0 5 9.1 测量不确定度评定与表示共同构成本规范制定工作的基础性系列规范。本规范等同采用G B/T1 8 9 0 02 0 0 2 单模光纤偏振模色散的试验方法中的缩略语、术语和定义及斯托克斯参数测定法(S P E)原理、干涉法(I N T Y)原理、固定分析法(F A)原理的描述。本规范为首次制定。J J F1 4 2 82 0 1 3光纤偏振模色散测试仪校准规范1 范围本规范适用于光纤偏振模色散测试仪的校准。2 引用文件本规范引用了下列文件:G B/T1 8 9 0 02 0 0 2 单模光纤偏振模色散的试验方法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 术语和定义以下术语和定义适用于本规范。3.1 偏振模色散 p o l a r i z a t i o nm o d ed i s p e r s i o n(PMD)在单模光纤传输中,光波的基模含有两个正交的偏振模。两个正交偏振模在光纤中传输时,群速度不同而导致的光脉冲展宽。注:PMD在数字系统中引起脉冲展宽,在模拟系统中引起信号失真。偏振模色散的大小可用差分群时延(D G D)来表征,单位为p s。在本规范中偏振模色散示值均以D G D表示。3.2 主偏振态 p r i n c i p a l s t a t eo fp o l a r i z a t i o n(P S P)对于在给定时间和光频上应用的单模光纤中,总存在着两个的正交偏振态称为主偏振态。注:如果当一准单色光仅激励一个P S P时,不会发生由于PMD引起的脉冲展宽;当一准单色光均匀激励这两个P S P时,将发生PMD引起的最大脉冲展宽。光纤输出的P S P是两个正交偏振态。当输入光波频率稍微变化时,输出偏振并不改变,相应的输入正交偏振态是输入主偏振态。3.3 差分群时延 d i f f e r e n t i a l g r o pd e l a y(D G D)两个P S P之间群时延的时间差,一般用p s为单位。3.4 偏振模色散系数 p o l a r i z a t i o nm o d ed i s p e r s i o nc o e f f i c i e n t(PMDc)两个正交的偏振模在单位长度中传输的时间差,用P MDc表示,其单位为p s/k m。4 概述光纤偏振模色散测试仪主要用于光纤、光缆、光器件生产、工程设计、系统验收和运营维护等的PMD测试。目前,商用偏振模色散测试仪的测量原理主要有斯托克斯参数测定法(S P E)、干涉法(I N T Y)和固定分析法(F A),可直接测量偏振模色散(PMD)。偏振模色散系数则通过仪表内部的计算公式直接得到。4.1 斯托克斯参数测定法(S P E)原理1J J F1 4 2 82 0 1 3斯托克斯参数测定法(S P E)是测量单模光纤偏振模色散的基准试验方法。测试原理如图1所示。在某一波长范围内,以一定的波长间隔测量输出偏振态(S O P)随波长的变化,该变化可以采用琼斯矩阵本征分析(J ME)或邦加球(P S)上S O P矢量的旋转来表征,通过分析和计算从而得到偏振模色散的测量结果。图1 斯托克斯参数测定法(S P E)原理图4.2 干涉法(I N T Y)原理干涉法(I NT Y)是测量单模光纤偏振模色散的第二替代试验方法。对于现场光纤光缆测试中,干涉法可以作为基准试验方法。测试原理如图2所示。当光纤一端用宽谱光源照射时,在输出端测量电磁场的自相关函数或互相关函数,从而确定PMD。在自相关型干涉仪表中,干涉图具有一个对应于光源自相干中心的相干峰。测量值代表了在测量波长范围内的平均值。在13 1 0n m或15 5 0n m窗口,波长范围典型值是(6 08 0)n m。图2 干涉分析法原理图4.3 固定分析法(F A)原理固定分析法又称波长扫描法,是测量单模光纤PMD的第三替代试验方法。测试原理如图3所示。当输入光偏振方向保持固定而波长变化时,输出光场主偏振态(P S P)方向也会发生变化,通过一固定分析器(即检偏器)将偏振态(S O P)随波长的变化转化为具有峰谷起伏的输出功率随波长的变化,根据输出功率谱与群时延差的关系就可确定偏振模色散(PMD)。该方法可在测量波长范围内得到一个单次测量的平均值。2J J F1 4 2 82 0 1 3图3 采用宽谱光源固定分析偏振模色散测量装置5 计量特性5.1 偏振模色散示值误差最大允许误差:(0.0 4+2.0%PMD测量值)p s。5.2 偏振模色散测量重复性测量重复性:0.0 3p s。5.3 动态范围动态范围:3 0d B。注:以上指标不是用于合格性判定,仅供参考。6 校准条件6.1 环境条件6.1.1 环境温度:(2 32)。6.1.2 校准期间内温度变化:如果被校PMD测试仪是斯托克斯参数测定法实现的,校准期间温度变化应控制在0.5范围内。6.1.3 相对湿度:8 5%。6.1.4 电源电压:(2 2 01 1)V;频率:(5 01 0)H z。6.1.5 工作平台平稳、抗振动。6.1.6 实验室无剧烈振动和影响测量结果的电磁干扰。6.2 校准用设备校准用设备应经有效的量值溯源。6.2.1 固定点PMD模拟器a)波长点:13 1 0n m,15 5 0n m;b)参考值:(11 0)p s;c)扩展不确定度(k=2):(0.0 1 2 p s+PMD值2%)p s;d)偏振相关损耗:0.3d B。6.2.2 可变光衰减器a)工作波长:(8 0 017 0 0)n m;b)调节范围:(06 0)d B连续可调;c)插入损耗:3.5d B;d)衰减扩展不确定度(k=2):2d B。6.2.3 光纤连接器建议为F C型。3J J F1 4 2 82 0 1 36.2.4 光功率计a)定标波长:(13 1 02 0)n m,(15 5 02 0)n m;b)光功率测量范围:(+3-7 0)d B m;c)定标点光功率值:-1 0d B m;d)扩展不确定度(k=2):4%(k=2)。7 校准项目和校准方法7.1 校准前外观及工作正常性检查利用目视和手动操作方式检查。a)被校仪表应有型号、出厂编号、制造厂名及相应的警示标志等;b)被校仪表应带有必要的附件、说明书;c)被校仪表各部件应安装牢固,能确保工作正常;d)被校仪表通电后显示功能、操作功能、数据存储、测量功能等正常。7.2 校准项目校准项目见表1。表1 偏振模色散测试仪校准项目序号项 目1偏振模色散示值2偏振模色散测量重复性3动态范围7.3 校准方法所有校准用设备和被校设备均置于平稳的工作平台上,并按说明书要求进行预热。各段连接光纤(或光缆)的位置在测试过程中应保持固定,尽量减小光纤由于应力和弯曲程度发生变化带来的影响;各连接器可靠连接,避免反射带来的误差。7.4 偏振模色散示值和测量重复性a)按图4连接设备。将PMD模拟器通过单模光纤接入到PMD测试仪光源输出端与PMD测试仪输入端之间。b)设置PMD测试仪光源为开启状态,选择测试的波长为15 5 0n m。c)设置PMD测试仪为相应的测试状态。d)运行偏振模色散测试程序。e)测试完毕后,记录被校PMD测试仪的偏振模色散测试值PMDi到原始记录中。原始记录格式见附录A。图4 偏振模色散测试仪偏振模色散校准连接图4J J F1 4 2 82 0 1 3 f)重复d)、e)的步骤(n-1)次(n1 0)。g)选择测试的波长13 1 0n m,重复c)f)步骤。h)数据处理:1)偏振模色散示值为测量n次PMD模拟器值的平均值PMD,见式(1),通常情况下,取n=1 0:PMD=1nni=1PMDi(1)2)偏振模色散示值误差=平均值-PMD模拟器参考值。3)偏振模色散测量重复性R E P,计算方法见式(2),通常情况下,取n=1 0:R E P=ni=1(PMDi-PMD)2n(n-1)(2)7.5 动态范围a)按图5连接设备,将固定点PMD模拟器、光衰减器通过光跳线接到PMD测试仪光源输出端与PMD测试仪光输入端之间。b)设置PMD测试仪光源为开启状态。c)设置PMD测试仪为测试状态,选择测试的波长为15 5 0n m。d)设置PMD测试仪为相应的测试状态,运行偏振模色散测试程序。e)从小到大调节光衰减器的衰减量,直到PMD测试仪显示没有足够的功率来正确计算PMD值为止。保持此时的光衰减器衰减设置值。f)如图5虚线所示,将光衰减器输出端接到光功率计上,记录下此时的光功率值P1;再将被校PMD测试仪光源输出端接到光功率计上,记录下此时的光功率值P2。P1-P2这个衰减量就是PMD测试仪测量偏振模色散的动态范围,记录在原始记录中。原始记录格式见附录A。图5 偏振模色散测试仪动态范围校准连接图8 校准结果表达校准结果应在校准证书上反映。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(结果与实验室的地址不同);5J J F1 4 2 82 0 1 3d)证书的唯一性标识(如证书编号),每页及总页数的标识;e)送校单位的名称和地址;f)被校仪器的描述和明确标识,如型号、产品编号等;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,不得部分复制证书的声明。9 校准结果的不确定度评定光纤偏振模色散测试仪校准结果的不确定度评定实例见附录C。1 0 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。6J J F1 4 2 82 0 1 3附录A校准原始记录格式证书编号:仪器名称型号规格制造厂家出厂编号资产编号插件型号送检单位名称插件编号1 外观及工作正常性检查内 容有无数 量备 注1说明书2配 件3开关、键、钮损伤4通电后显示功能正常/不正常测量功能正常/不正常基本操作、数据存储功能正常/不正常2 偏振模色散测量重复性测试样品PMD模拟器测试波长13 1 0n m15 5 0n m序号PMD/p sPMD/p s12n-1n平均值PMD测量平均值的重复性R E P7J J F1 4 2 82 0 1 33 偏振模色散示值测试波长/n mPMD模拟器参考值/p s示值/p s示值误差/p s不确定度/p s(k=2)13 1 015 5 04 动态范围测试波长(n m):P1=d B m P2=d B m P1-P2=d B校准日期:年 月 日 温度:相对湿度:%电源电压:V校准员(签名):核验员(签名):8J J F1 4 2 82 0 1 3附录B校准证书内页格式证书编号:1.外观及工作正常性:2.偏振模色散测量重复性:3.偏振模色散示值测试波长/n mPMD模拟器参考值/p s示值/p s示值误差/p s不确定度/p s(k=2)13 1 015 5 04.动态范围测试波长(n m):优于 d B9J J F1 4 2 82 0 1 3附录C光纤偏振模色散测试仪不确定度评定实例依据本规范的各项计量特性、校准条件、校准项目、校准方法的规定,用单点PMD模拟器对安捷伦科技有限公司生产的型号为N 7 7 8 8 B D,编号为D E 4 8 B 0 0 1 1 9的光器件分析仪进行了校准。偏振模色散示值的不确定度分析如下。C.1 偏振模色散示值校准测量模型按照图4搭建校准系统。其测量模型:PMD=PMDs式中:PMD 偏振模色散测试仪测量n次PMD模拟器的平均值;PMDs 标准弱耦合PMD模拟器的标准值。考虑到标准弱耦合PMD模拟器标准值的不确定度(PMD)、被校仪表测量重复性()、被校仪表测量分辨力(d),测量模型改写为:PMD=PMDs+dC.2 不确定度来源根据测量模型,偏振模色散示值校准的不确定度有以下来源:a)PMD模拟器引入的不确定度u1;b)被校仪表显示分辨力引入的不确定度u2;c)被校仪表测量重复性引入的不确定度u3。C.3 标准不确定度评定a)PMD模拟器引入的不确定度u1,为B类评定。由PMD模拟器的校准证书可知,偏振模色散值的不确定度为a1=0.2 1p s,置信概率为9 5%,包含因子k=2,有:u1=a1k=0.2 1p s2=0.1 1p s b)被校仪表显示分辨力引入的不确定度u2,为B类评定。被校显示分辨力为x=0.0 0 1p s。a2等于被测仪器分辨力一半,为均匀分布,k=3,则u2=a2/3=0.0 0 03p s c)被校仪表测量重复性引入的不确定度u3,由n次测试获得,为A类评定。在15 5 0n m波长进行1 0次PMD测试,测试数据如表C.1所示。01J J F1 4 2 82 0 1 3表C.1 测试数据测量次数偏振模色散/p s11 0.3 8 421 0.3 8 331 0.3 8 241 0.3 8 251 0.3 8 761 0.3 8 671 0.3 8 281 0.3 8 291 0.3 8 71 01 0.3 8 3PMD1 0.3 8 4PMD=1nni=1PMDi=1 0.3 8 4p su3=ni=1(PMDi-PMD)2n(n-1)=0.0 0 1p sC.4 合成标准不确定度不确定度分量汇总见表C.2。表C.2 不确定度分量汇总表iui不确定度来源ai分布kiuAuB1u1PMD模拟器的偏振模色散值的不确定度a1正态分布20.1 1p s2u2显示分辨力a2均匀30.0 0 03p s3u3测量重复性a30.0 0 1p s 合成标准不确定度为:uc=u12+u22+u23=0.1 12+0.0 0 032+0.0 0 12p s0.1 1p sC.5 扩展不确定度由U=k uc,取9 5%置信度,k=2,则U=2uc=0.2 2p s 偏振模色散测量结果1 0.3 8p s的扩展不确定度为:U=0.2 2p s(k=2)11J J F1 4 2 82 0 1 3