JJF 2076-2023 高速光电探测器校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范

JJF2076—2023

高速光电探测器校准规范

CalibrationSpecificationforHighSpeedPhotodetectors

2023-10-12发布2024-04-12实施

国家市场监督管理总局发布

JJF2076—2023

目录

引言

………………………(Ⅱ)

范围

1……………………(1)

引用文件

2………………(1)

术语

3……………………(1)

直流响应度

3.1…………(1)

概述

4……………………(1)

计量特性

5………………(1)

上升时间

5.1……………(1)

脉冲宽度

5.2……………(1)

直流响应度

5.3…………(1)

带宽

5.43dB…………(1)

校准条件

6………………(2)

环境条件

6.1……………(2)

测量校准及其他设备

6.2………………(2)

校准项目和校准方法

7…………………(3)

校准项目

7.1……………(3)

校准方法

7.2……………(3)

校准结果表达

8…………(7)

复校时间间隔

9…………(7)

附录原始记录格式

A…………………(8)

附录校准证书内页格式

B……………(10)

附录主要项目校准不确定度评定示例

C……………(11)

Ⅰ

JJF2076—2023

引言

国家计量校准规范编写规则通用计量术语及定义

JJF1071—2010《》、JJF1001《》

和测量不确定度评定与表示共同构成支撑本规范编制工作的基础

JJF1059.1—2012《》

性系列规范

。

本规范为首次发布

。

Ⅱ

JJF2076—2023

高速光电探测器校准规范

1范围

本规范适用于上升时间为的光纤耦合型高速光电探测器的校准

3ps~100ps。

2引用文件

本规范无引用文件

。

3术语

直流响应度

3.1currentresponsivity

探测器输出电流除以探测器入射光功率

,A/W。

4概述

高速光电探测器是将光信号转化成高响应时间电信号的器件主要应用于高速光信

,

号检测光通信系统及微波光子学等领域其工作原理为入射激光照到光电探测器的

、。:

半导体吸收材料上价带中的电子吸收光子能量后跃迁至导带产生光生载流子在外加

,,

电场的作用下形成光电流最后经阻抗匹配的同轴结构输出脉冲电压信号此类基于内

,。

光电效应的高速光电探测器光波长响应范围通常在输出电脉冲波

400nm~2400nm;

形的上升时间可达量级响应带宽可达百高速光电探测器具有增益高响应

ps,GHz。、

快噪声低等特点响应时间特性决定了探测器光电转换的快慢可作为快沿脉冲发生

、,,

器使用并应用于微波电子测量仪器仪表的响应时间及频域特性等校准和检测

,。

5计量特性

上升时间

5.1

范围

:3ps~100ps;

最大允许误差

:±(20%~5%)。

脉冲宽度

5.2

范围

:7ps~200ps;

最大允许误差

:±(20%~5%)。

直流响应度

5.3

范围

:0.1A/W~1.0A/W;

最大允许误差

:±15%。

带宽

5.43dB

范围

:3.5GHz~110GHz;

最大允许误差

:±10%。

注:以上指标不作为合格性判别,仅供参考。

1

JJF2076—2023

6校准条件

环境条件

6.1

环境温度

:(23±5)℃;

相对湿度

:≤80%;

供电电源

:(220±11)V,(50±1)Hz;

校准过程中周围无任何影响系统正常工作的振动冲击及电磁干扰等

,、。

电光采样法需在超净间内操作洁净度优于级环境温度控制在范

,7,20℃~25℃

围内温度波动性不超过相对湿度

,1℃,≤50%。

测量标准及其他设备

6.2

飞秒脉冲激光器

6.2.1

波长范围

:400nm~2400nm;

脉冲重复频率范围及最大允许误差

:10MHz~200MHz,±2%;

脉冲宽度及最大允许误差

:≤300fs,±5%;

激光平均功率

:3mW~100mW;

功率稳定度优于

:±1%(30min)。

示波器

6.2.2

带宽

:50GHz~100GHz。

注:带宽大于被校高速光电探测器标称带宽倍以上。

3

电光采样模块

6.2.3

波长范围

:400nm~2400nm;

带宽范围

:50GHz~110GHz;

上升时间不确定度k

:7ps~3ps,:1.2ps(=2)。

可变光衰减器

6.2.4

波长范围

:400nm~2400nm;

衰减范围

:0dB~30dB;

最大允许误差

:±1.0dB。

可调谐半导体激光器

6.2.5

波长范围

:400nm~2400nm;

激光平均功率

:3mW~10mW;

功率稳定性

:±0.5%(30min)。

光外差光源

6.2.6

差频范围

:0GHz~110GHz;

差频最大允许误差

:±1GHz。

微波功率计

6.2.7

频率范围

:10MHz~110GHz;

功率范围

:-10dBm~0dBm;

功率测量不确定度k

:0.04dB~0.32dB(=2)。

2

JJF2076—2023

光功率计

6.2.8

波长范围

:400nm~2400nm;

功率范围

:1μW~100mW;

最大允许误差

:±(3%~7%)。

数字电流表

6.2.9

直流电流范围

:1mA~100mA;

最大允许误差

:±(3%~10%)。

微波频率计

6.2.10

频率范围

:10MHz~110GHz;

频率最大允许误差-8

:±5×10。

光纤分束器

6.2.11

波长范围

:400nm~2400nm;

功率分束比

:1∶1;

分束比最大允许误差

:±2%。

高速光电转换器

6.2.12

波长范围

:400nm~2400nm;

频率范围

:3.5GHz~110GHz。

7校准项目和校准方法

校准项目

7.1

校准项目见表

1。

表1校准项目表

序号校准项目名称

上升时间和脉冲宽度

1

直流响应度

2

带宽

33dB

校准方法

7.2

外观及功能正常性检查

7.2.1

被校高速光电探测器应配有说明书和全部必备附件被校高速光电探测器及全部附

。

件外形结构应完好无损各部件机械结构应安装牢固调节正常被校高速光电探测器

,,。

及标准器按照说明书要求预热用飞秒脉冲激光器激励被校高速光电探测器并将输出

。,

电信号输入至示波器观察示波器上是否显示正常的脉冲波形相应检查结果填入

,,

表中

A.1。

上升时间和脉冲宽度

7.2.2

示波器法

7.2.2.1

3

JJF2076—2023

仪器连接如图所示用可变光衰减器将飞秒脉冲激光器的输出功率调节至被

a)1,

校高速光电探测器损伤阈值允许范围内然后与被校高速光电探测器尾纤输入端相连

,,

而被校高速光电探测器的输出端与示波器信号输入端连接同时将飞秒脉冲激光器的重

,

频同步输出端口与示波器的外触发输入端相连接

。

图示波器法仪器连接示意图

1

保持系统连接稳定打开被校高速光电探测器的供电电源调节示波器的垂直

b),,

灵敏度系数使被校高速光电探测器输出的电脉冲波形峰峰值对应通道量程的

,-50%~

调整触发电平和时基使脉冲波形信号在示波器上持续稳定显示

80%,,。

从示波器上直接读取被校高速光电探测器输出电脉冲波形的上升时间的测量值

c),

重复读取n次n将n次测量结果记录于表的表格中按照公式计算

(≥10),A.2。(1)

上升时间示值的平均值

:

n

t1ti

r=r

ni=(1)

∑1

式中

:

t被校高速光电探测器上升时间示值的平均值

r———,ps;

n测量次数

———;

ti第i次测量得到的被校高速光电探测器上升时间测量值

r———,ps。

调节示波器的水平灵敏系数使示波器屏幕上只显示一个电脉冲波形从示波

d),,

器上读取脉冲宽度的测量值重复读取n次n将n次测量结果记录于表

,(≥10),A.2

的表格中按照公式计算脉冲宽度示值的平均值

。():

2n

τ1τi

=()

ni=2

∑1

式中

:

τ被校高速光电探测器脉冲宽度示值的平均值

———,ps;

n测量次数

———;

τi第i次测量得到的被校高速光电探测器脉冲宽度测量值

———,ps。

将上升时间和脉冲宽度计算的示值的平均值记录于表的相应表格中

e)A.2。

电光采样法

7.2.2.2

4

JJF2076—2023

图电光采样法校准连接示意图

2

仪器连接如图所示飞秒脉冲激光器的输出由分束比为的光纤分束器分

a)2,1∶1

成两束其中一束作为激励光脉冲经可变光衰减器输入到被校高速光电探测器尾纤中

,,

并调节可变光衰减器使入射光功率在被校高速光电探测器的损伤阈值允许范围内另一

;

束作为采样光脉冲输入到电光采样模块中被校高速光电探测器电脉冲输出端与电光采

,

样模块的电调制输入端连接

。

设置电光采样模块的采样点数和采样步长使整体采样点数不低于脉冲

b),1000,

波形部分采样点数不少于从数据采集计算机中获取被校高速光电探测器输出电脉

100。

冲波形的采样实验数据采用众数法计算得到脉冲波形的上升时间和脉冲宽度重复测

,,

量n次n将n次测量结果记录于表的表格中按照公式和公式

(≥10),A.3。(1)(2)

分别计算上升时间示值的平均值t和脉冲宽度示值的平均值τ

r。

将计算的上升时间和脉冲宽度示值的平均值记录于表的相应表格中

c)A.3。

直流响应度

7.2.3

仪器连接如图所示调节可调谐半导体激光器的输出功率使其在被校高速光

a)3,

电探测器的损伤阈值允许范围内利用分束比为的光纤分束器将与被校高速光电

,1∶1

探测器波长响应匹配的可调谐半导体激光器的输出分成两束光纤分束器输出的其中一

。

束输入到被校高速光电探测器尾纤中然后用数字电流表测量高速光电探测器的输出电

,

流另一束由光功率计测量光功率

,。

在光功率计和数字电流表中分别读取设定激光波长下的光功率和电流重复测

b),

量n次n按照公式和公式分别计算光功率和电流的平均值

(),()():

≥1034n