GB∕T 43736-2024 精密光頻測量中光學頻率梳性能參數(shù)測試方法（正式版）

精密光頻測量中光學頻率梳性能參數(shù)測試方法2024-03-15發(fā)布2024-10-01實施國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會GB/T43736—2024 I 2規(guī)范性引用文件 3術語和定義 4測試環(huán)境要求 5測試設備配置要求 36測試方法 6.1重復頻率調(diào)諧范圍 36.2載波包絡相移頻率調(diào)諧范圍 46.3載波包絡相移頻率信噪比 46.4載波包絡相移頻率線寬 56.5單梳齒平均功率 6.6輸出光譜平坦度 66.7重復頻率不穩(wěn)定度 66.8載波包絡相移頻率不穩(wěn)定度 6.9光學頻率梳梳齒線寬 7測試報告 附錄A(資料性)測試報告記錄信息 參考文獻 I本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結(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)布機構(gòu)不承擔識別專利的責任。本文件由全國量子計算與測量標準化技術委員會(SAC/TC578)提出并歸口。本文件起草單位：中國科學技術大學、濟南量子技術研究院、中國科學院物理研究所、中國計量科學研究院、中國信息通信研究院、華東師范大學、中國航空工業(yè)集團公司北京長城計量測試技術研究所。1精密光頻測量中光學頻率梳性能參數(shù)測試方法本文件描述了精密光頻測量應用中光學頻率梳性能參數(shù)的測試環(huán)境要求、測試設備配置要求、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激光術語GB/T25915.1—2021潔凈室及相關受控環(huán)境第1部分：按粒子濃度劃分空氣潔凈度等級3術語和定義GB/T15313—2008界定的以及下列術語和定義適用于本文件。重復頻率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和光載波之間的相位變化所對應的頻率。光學頻率梳opticalfrequencycomb一種重復頻率(3.1)和載波包絡相移頻率(3.2)精密可控的光學信號產(chǎn)生系統(tǒng)。重復頻率調(diào)諧范圍tuningrangeofrepetitionrate光學頻率梳(3.3)重復頻率(3.1)的輸出頻率范圍。載波包絡相移頻率調(diào)諧范圍tuningrangeofcarrier-envelopeoffsetfrequency光學頻率梳(3.3)載波包絡相移頻率(3.2)的輸出頻率范圍。2GB/T43736—2024載波包絡相移頻率信噪比光學頻率梳(3.3)載波包絡相移頻率(3.2)的信號與噪聲的比值?！鱲fn光學頻率梳(3.3)載波包絡相移頻率(3.2)的半高全寬。P在規(guī)定波長條件下，光學頻率梳(3.3)單個梳齒功率的平均值。F在規(guī)定波長范圍內(nèi)，光學頻率梳(3.3)輸出光譜最大功率和最小功率的差值。阿倫標準偏差allandeviationo,(r)時長為r的相鄰兩個取樣時間內(nèi)頻率平均值之差的均方根的1/√2。重復頻率不穩(wěn)定度instabilityofrepetitionratefrequency光學頻率梳(3.3)重復頻率(3.1)的隨機起伏程度。光學頻率梳(3.3)載波包絡相移頻率(3.2)的隨機起伏程度。光學頻率梳梳齒線寬linewidthofcombteeth在規(guī)定的波長和分辨率條件下，光學頻率梳(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)境應保持空氣過濾、無塵，殘留塵埃應按照GB/T25915.1—2021中定義的ISO4級潔凈度要求執(zhí)行。測試間環(huán)境的相對濕度小于65%,溫度為23℃±3℃,檢定時的溫度波動應小于1℃。5測試設備配置要求測量設備應滿足以下要求：a)測量設備的量程和準確度滿足相應測試要求；b)測量設備的測試波長范圍能夠覆蓋被測光學頻率梳波長范圍；c)測試時儀器和設備良好接地；d)測試采用的電源電壓、紋波及噪聲等滿足測試設備說明書和光學頻率梳的使用要求。6測試方法6.1重復頻率調(diào)諧范圍測試光學頻率梳重復頻率調(diào)諧范圍，應按以下步驟進行。a)對被測光學頻率梳和測試儀器進行預熱。b)按圖1連接測試系統(tǒng)，重復頻率信號幅度在一20dBm～0dBm范圍內(nèi)，信號在300kHz分辨率條件下，信噪比大于20dB,其中光學頻率梳與頻譜分析設備采用50Ω的同軸電纜連接。頻譜分析設各載波包絡和移光學頻率梳圖1重復頻率調(diào)諧范圍測試框圖c)設置重復頻率控制裝置，改變被測光學頻率梳的重復頻率，記錄重復頻率最大值fmx和最小值fmint,有效位數(shù)不小于2位，重復測量n(n≥5)次。按照公式(2)和公式(3)計算n次測量數(shù)據(jù)的均值，得出重復頻率最大值fmm和最小值fmim:fmx——重復頻率最大值的平均值，單位為千赫茲(kHz);fmw——第i次測量的重復頻率最大值，單位為千赫茲(kHz);fmn——重復頻率最小值的平均值，單位為千赫茲(kHz);fmin——第i次測量的重復頻率最小值，單位為千赫茲(kHz)。d)按公式(4)計算重復頻率的調(diào)諧范圍△f:…………(2)4GB/T43736—2024a)對被測光學頻率梳和測試儀器進行預熱。b)按圖2連接測試系統(tǒng)，載波包絡相移頻率信號幅度在一20dBm～0dBm范圍內(nèi)，信號在300kHz分辨率條件下，信噪比大于20dB,其中光學頻率梳與頻譜分析設備采用5重復頻率重復頻率載波包絡相移圖2載波包絡相移頻率調(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，重復測量n次(n≥5)。按照公式(5) (5) (6)d)按公式(7)計算載波包絡相移頻率的調(diào)諧范圍△f?:△f?=fomaxfomin………………(7)a)按圖2連接測試系統(tǒng)，其中光學頻率梳與頻譜分析設備采用50Ω的同軸電纜連接。b)利用頻譜分析設備，設定其分辨率為300kHz,對載波包絡相移頻率信號的峰值功率P和距離載波包絡相移頻率10MHz或1/4重復頻率處噪底功率P。進行記錄，有效位數(shù)不小于2位，重復測量n次(n≥5),按照公式(8)和公式(9)計算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——載波包絡相移頻率信號的峰值功率，單位為毫瓦分貝(dBm);n——測量次數(shù)；P?！d波包絡相移頻率信號的噪底功率，單位為毫瓦分貝(dBm);Po;——第i次測量載波包絡相移頻率的噪底功率，單位為毫瓦分貝(dBm)。c)按公式(10)計算光學頻率梳載波包絡相移頻率信噪比式中：SNR?！d波包絡相移頻率信噪比，單位為分貝(dB)。6.4載波包絡相移頻率線寬在載波包絡相移頻率未鎖定狀態(tài)下，測試光學頻率梳載波包絡相移頻率線寬，應按以下步驟進行：a)按圖2連接測試系統(tǒng)，其中光學頻率梳與頻譜分析設備采用50Ω的同軸電纜連接；b)利用頻譜分析設備，測試載波包絡相移頻率信號的半高全寬△v,設置頻譜分析設備分辨率優(yōu)于載波包絡相移頻率信號線寬的1/3。6.5單梳齒平均功率測試光學頻率梳在某一波長條件下單梳齒平均功率，應按以下步驟進行。a)對被測光學頻率梳和測試儀器進行預熱。b)將光學頻率梳與光譜分析儀采用相應波段的普通單模光纖連接。c)設置光譜分析儀分辨率為0.1nm,測量光學頻率梳輸出的完整光譜曲線，完成n次光譜測d)對所測光譜強度做歸一化處理，其中光譜強度最強處設置為1,計算光譜積分面積S;,根據(jù)公式(11)計算光學頻率梳輸出光譜的平均積分面積S: (11)S——光學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)采用熱敏功率計測量光學頻率梳輸出功率P;,重復測量n次(n≥5),根據(jù)公式(12),計算光學頻率梳平均輸出功率P:式中：P——光學頻率梳平均輸出功率，單位為瓦特(W);n——測量次數(shù)；P;——第i次測量光學頻率梳輸出功率，單位為瓦特(W)。f)根據(jù)公式(13),計算獲得功率譜P、:6P,——光學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——光學頻率梳平均輸出功率，單位為瓦特(W);S——光學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，讀取被測光學頻率梳在波長λ處光譜強度Pa,根據(jù)公式(14)計算波長λ下的單梳齒平均功率為P?:式中：P?——被測光學頻率梳波長λ處單個梳齒平均功率，單位為毫瓦特(mW);Px——被測光學頻率梳在波長λ處光譜強度，單位為瓦特每納米(W/nm);fep——光學頻率梳重復頻率，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)對被測光學頻率梳和測試儀器進行預熱；b)將光學頻率梳與光譜分析儀采用相應波段的普通單模光纖連接；c)設置光譜分析儀的分辨率，記錄測量規(guī)定波長范圍內(nèi)光學頻率梳輸出最大功率值Pmx和最小d)按公式(15)計算光學頻率梳在該波長范圍內(nèi)的平坦度F?=Pmax—Pmin……………(15)F?——光學頻率梳在規(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重復頻率不穩(wěn)定度測試光學頻率梳重復頻率不穩(wěn)定度，應按以下步驟進行：a)對被測光學頻率梳和測試儀器進行預熱，將光學頻率梳重復頻率和載波包絡相移頻率鎖定；b)按圖3連接測試系統(tǒng)，其中重復頻率信號與頻率計數(shù)器采用50Ω阻抗的同軸電纜連接；重復頻率重復頻率光學頻率梳載波包絡相移頻率計數(shù)器射頻參考源圖3重復頻率不穩(wěn)定度的測試框圖c)利用計數(shù)器對重復頻率信號frep進行計數(shù)；d)頻率計數(shù)器采用不同于光學頻率梳的微波參考源作為參考，該參考信號穩(wěn)定度應優(yōu)于光學頻率梳射頻參考源的穩(wěn)定度的3倍；7e)頻率計數(shù)器門時間設置為1s,測量時間長度不小于5h;f)對采集獲得的重復頻率信號fep數(shù)據(jù)，計算重復頻率在平均時間1s,10s,100s和1000s的阿倫標準偏差σf6.8載波包絡相移頻率不穩(wěn)定度測試光學頻率梳載波包絡相移頻率不穩(wěn)定度，應按以下步驟進行：a)對被測光學頻率梳和測試儀器進行預熱，將光學頻率梳重復頻率和載波包絡相移頻率鎖定；b)按圖4連接測試系統(tǒng)，其中載波包絡相移頻率信號與頻率計數(shù)器采用50Ω阻抗的同軸電纜連接；審復頻率審復頻率光學頻率梳載波包絡相移頻率射頻參考源頻率計數(shù)器圖4載波包絡相移頻率不穩(wěn)定度測試框圖c)利用計數(shù)器對載波包絡相移頻率信號f?進行計數(shù)；d)頻率計數(shù)器采用不同于光學頻率梳的微波參考源作為參考，該參考信號穩(wěn)定度應優(yōu)于光學頻率梳微波參考源的穩(wěn)定度的3倍；e)頻率計數(shù)器門時間設置為1s,測量時間長度不小于5h;f)對采集獲得的載波包絡相移頻率信號f。數(shù)據(jù)，計算載波包絡相移頻率在平均時間1s,6.9光學頻率梳梳齒線寬測試規(guī)定波長和分辨率條件下的光學頻率梳梳齒線寬，應按以下步驟進行：a)對被測光學頻率梳和測試儀器進行預熱；b)按圖5連接測試系統(tǒng)，光學頻率梳和超穩(wěn)激光進行拍頻，將拍頻信號通過50Ω阻抗的同軸電纜與頻譜分析設備連接；c)利用頻譜分析設備，對拍頻信號進行線寬測量，分辨率小于線寬的1/3或者設定為最高分辨率，拍頻信號線寬就是光學頻率梳梳齒線寬△v。光學頻率梳拍頻頻譜分析設備超穩(wěn)激光圖5光學頻率梳梳齒線寬框圖87測試報告測試報告應包含以下內(nèi)容：a)測試報告的唯一編號；b)測試光學頻率梳型號；c)測試日期；d)測試內(nèi)容及要求；e)測試儀器的型號和工作條件；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)