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高稳定光纤布拉格光栅波长标准器的研究

樊其明 许宁 吴婷艳 刘志伟 张志新

樊其明,许宁,吴婷艳,等. 高稳定光纤布拉格光栅波长标准器的研究[J]. 计量科学与技术,2023, 67(1): 50-54 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0218
引用本文: 樊其明,许宁,吴婷艳,等. 高稳定光纤布拉格光栅波长标准器的研究[J]. 计量科学与技术,2023, 67(1): 50-54 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0218
FAN Qiming, XU Ning, WU Tingyan, LIU Zhiwei, ZHANG Zhixin. Research on High Stability Fiber Bragg Grating Wavelength Standard[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(1): 50-54. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0218
Citation: FAN Qiming, XU Ning, WU Tingyan, LIU Zhiwei, ZHANG Zhixin. Research on High Stability Fiber Bragg Grating Wavelength Standard[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(1): 50-54. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0218

高稳定光纤布拉格光栅波长标准器的研究

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0218
基金项目: 国家重点研发计划项目(2020YFF0217803)。
详细信息
    作者简介:

    樊其明(1970-),中国计量科学研究院高级工程师,研究方向:光通信计量,邮箱:qmfan@nim.ac.cn

Research on High Stability Fiber Bragg Grating Wavelength Standard

  • 摘要: 依据JJF 1804-2020《布拉格光纤光栅传感网络分析仪校准规范》,应使用稳定的参考标准光纤光栅对光纤光栅解调仪的波长解调示值进行校准。采用特殊设计的应力释放结构并利用智能控制算法及半导体制冷技术,实现高精度的温度控制,研制了一组高稳定的光纤光栅波长标准器。通过重复性考核并与商用光纤光栅测量比对,证明研制的光纤光栅波长标准器性能远优于校准规范要求,从而极大地提高了光纤光栅解调仪的校准不确定度。
  • 图  1  相位掩模法原理示意图

    Figure  1.  Principle of phase mask method

    图  2  光纤光栅传感器结构外形

    Figure  2.  Fiber Bragg grating sensor structure

    图  3  温控结构示意图

    Figure  3.  Temperature control structure

    图  4  测试设备连接图

    Figure  4.  Calibration system setup

    表  1  光纤光栅传感器的主要技术指标

    Table  1.   Main technical specifications of fiber Bragg grating sensor

    主要特性技术指标
    使用温度范围−20℃~60℃
    温度灵敏度≤3 pm/℃
    安装方式胶接
    温度传感器尺寸LW≤40 mm,DW≤15 mm,厚度不大于3 mm
    光纤直径≤1 mm
    光纤耐温−40℃~100℃
    光纤连接器类型FC/APC
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    表  2  高稳定光纤光栅标准器中心波长测试结果

    Table  2.   Central wavelength test results for high stability fiber Bragg grating standard /nm

    序号标准器1标准器2标准器3标准器4标准器5
    11531.84381542.00801547.19971556.69411563.0583
    21531.84391542.00801547.19971556.69421563.0585
    31531.84381542.00781547.19981556.69421563.0583
    41531.84381542.00781547.19991556.69421563.0584
    51531.84391542.00791547.19961556.69411563.0583
    61531.84371542.00791547.19981556.69431563.0583
    71531.84371542.00791547.19961556.69421563.0583
    81531.84371542.00791547.19941556.69411563.0584
    91531.84381542.00781547.19961556.69421563.0584
    101531.84381542.00791547.19981556.69411563.0584
    平均值1531.84381542.00791547.19971556.69421563.0584
    实验标准偏差0.000070.000070.000140.000070.00007
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    表  3  常用光纤光栅标准器中心波长测试结果

    Table  3.   Central wavelength test results for commonly used fiber Bragg grating standards /nm

    序号标准器1标准器2标准器3标准器4
    11535.5021544.6621557.5261562.261
    21535.5081544.6641557.5281562.255
    31535.5061544.6621557.5231562.254
    41535.5021544.6641557.5251562.258
    51535.5021544.6581557.5251562.262
    61535.5021544.6631557.5161562.262
    71535.5031544.6631557.5251562.266
    81535.5041544.6641557.5281562.263
    91535.5031544.6551557.5301562.256
    101535.5071544.6571557.5251562.261
    平均值1535.5041544.6611557.5251562.260
    实验标准偏差0.00230.00330.00380.0039
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    表  4  光纤光栅解调仪的校准不确定度评定

    Table  4.   Evaluation of calibration uncertainty for fiber Bragg grating demodulator

    序号不确定度来源标准不
    确定度
    概率
    分布
    灵敏
    系数
    不确定
    度分量
    1参考光纤光栅引入
    的不确定度
    2.3 pm正态12.3 pm
    2标准光波长计的不确定度0.3 pm正态10.3 pm
    3测量重复性引入的不确定度0.3 pm正态10.3 pm
    4被校仪器波长分辨率
    引入的不确定度
    0.3 pm正态10.3 pm
    5其它影响因素的不确定度1 pm10.3 pm
    合成测量不确定度2.4 pm
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出版历程
  • 网络出版日期:  2023-01-31
  • 刊出日期:  2023-01-18

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