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国 防 军 工 计 量 技 术 规 范
JJF（军工）226—2019
皮秒级脉冲产生器波形参数校准规范
Calibration Specification for Waveform Parameters of Picosecond Pulse Generator
2019-12-20发布 2020-04-01 实施
国家国防科技工业局发布
JJF（军工）226—2019
皮秒级脉冲产生器波形参数校准规范
JJF（军工）226——2019
Calibration Specification for Waveform Parameters of Picosecond Pulse Generator
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主要起草单位：国防科技工业第二计量测试研究中心
参加起草单位：国防科技工业3111二级计量站
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本规范主要起草人：
龚鹏伟 （国防科技工业第二计量测试研究中心）
谢 文 （国防科技工业第二计量测试研究中心）
谌 贝 （国防科技工业第二计量测试研究中心）
张 颖 （国防科技工业3111二级计量站）
参加起草人：
姜 河 （国防科技工业第二计量测试研究中心）
马红梅 （国防科技工业第二计量测试研究中心）
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目 录
1 范围。。
-
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2 引用文件…………………………………………………………………………………………………………
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3 概述……………………………………………………………………………………………………………………
-
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3.1 原理………………………………………………………………………………………………………
1
3.2 构造……………………………………………………………………………
3.3 分类…………………………………………………………………………
、
-
3.4 用途……………………………………………………………………………
1
4 计量特性……………………
1
4.1 半幅宽度……………
1
4.2 上升时间……
1
5 校准条件…
2
5.1 环境条件。。
2
--
5.2校准用设备…
2
-
6 校准项目和校准方法……
2
-
6.1 校准项目…………………………
2
6.2 校准方法…………………………
2
7 校准结果的处理………………………………
3
8 复校时间间隔………………………………………………
4
附录A 数据记录格式…
5
附录B 电光取样脉冲波形测量系统工作原理。。
6
附录C 测量结果不确定度评定示例
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皮秒级脉冲产生器波形参数校准规范
1 范围
本规范适用于皮秒级脉冲产生器的校准，其他同类仪器亦可参照使用。
2 引用文件
本规范引用了下列文件：
JJF（军工）171—2018 脉冲波形参数计量术语及定义
3 概述
3.1 原理
皮秒级脉冲产生器最基本的组成原理框图如图1所示，触发信号控制主振级输出主脉冲信号，主脉冲信号输入到延迟电路，实现对信号的延迟。延迟后的脉冲输入到脉冲形成电路中，合成需要的脉冲输出，并由触发电路输出的同步触发信号作为输出标志。
主振级
延迟电路
脉冲形成电路
输出级
触发电路
触发输出
外触发
电源
图1 脉冲产生器原理框图
3.2 构造
皮秒级脉冲产生器是由主振级、延迟电路、脉冲形成电路、输出级、触发电路与电源组成。
3.3 分类
皮秒级脉冲产生器分为基于纯电子学的皮秒级脉冲产生器和基于光电子学的皮秒脉冲产生器等类型。
3.4 用途
皮秒级脉冲产生器主要在移动通信、脉冲雷达、电磁兼容测试及电子对抗等领域中使用。
4 计量特性
4.1 半幅宽度
a）范围:5ps~100ps, U=1.5ps, k=2;
b）范围：100ps~1ns. U=4ps~22ps, k-2.
4.2 上升时间
a）范围：3ps~20ps, U=1.5ps, k=2;
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b）范围：20ps~75ps, U=3.0ps, k=2.
5 校准条件
5.1 环境条件
a）环境温度:23℃±5℃;
b）相对湿度：<80%:
c）供电电源：(220±10) V, (50±1) Hz:
d）其他：具备静电防护措施，周围无影响检定系统正常工作的机械振动和电磁干扰。
5.2 校准用设备
校准用设备应经过计量技术机构检定或校准，满足校准使用要求，并在有效期内。
a）电光取样脉冲波形测量系统：
1）半幅宽度测量范围：5ps~100ps, U=1.2ps, k=2;
2）上升时间测量范围：3ps~20ps, U=1.2ps, k=2.
b）取样示波器：
1）带宽:≥50GHz:
2）上升时间:≤7ps;
3）时间间隔测量最大允许误差；±(lps+1%×读数)。
6 校准项目和校准方法
6.1 校准项目
a）半幅宽度；
b）上升时间。
6.2 校准方法
6.2.1 半幅宽度
6.2.1.1 5ps~100ps半幅宽度：
a）按图2连接仪器，将被校皮秒级脉冲产生器的输出CH1连接到电光取样脉冲波形测量系统的输入，将电光取样脉冲波形测量系统的触发输出连接到被校皮秒级脉冲产生器的触发输入；
输入
电光取样脉冲波形
被校皮秒级脉冲产生器
测量系统
输出
外触发输出
外触发插入
图2 皮秒级脉冲半幅宽度
(5ps~100ps)
校准的连接示意图
b）设置电光取样脉冲波形测量系统的波形测量窗口，使被校皮秒级脉冲信号宽度占波形测量窗口的20%，使信号居于波形测量窗口中间位置，设置垂直档位，使被校皮秒级脉冲信号高度占波形测量窗口的80%，合理设置扫描间隔；
c）进行皮秒级脉冲产生器波形测量并保存测量数据，对测量数据进行数据处理，反
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卷积去除电光取样脉冲波形测量系统自身的冲激响应；
d）测量数据处理后的被校皮秒级脉冲信号半幅宽度，并把测量结果记录到附录A表A.1中；
e）重复步骤b）~d），对被校皮秒级脉冲产生器其它通道输出的皮秒级脉冲信号半幅宽度分别进行测量。
6.2.1.2 100ps~1ns半幅宽度：
a）按图3连接仪器，将被校皮秒级脉冲产生器的输出CH1连接到取样示波器的输入，将触发输出连接到取样示波器的触发输入：
输入
取样示波器
被校皮砂级脉冲产生器
输出
外触发输入
外触发输出
图3 皮秒级脉冲半幅宽度 (100ps~lns)校准的连接示意图
b）调节取样示波器触发电平及垂直和水平档位，使波形稳定显示，调节被校皮秒级脉冲产生器的输出幅度，使信号显示高度为屏幕的80%左右，调节扫描时间使脉冲居于屏幕中部：
c）用取样示波器测量半幅宽度，并把测量结果记录到附录A表A.1中；
d）重复步骤b）~c），对被校皮秒级脉冲产生器其它通道输出的皮秒级脉冲信号半幅宽度分别进行测量。
6.2.2 上升时间
6.2.2.1 3ps~20ps上升时间：
a）重复6.2.1.1中步骤a）~c）:
b）测量数据处理后的被校皮秒级脉冲信号上升时间，并把测量结果记录到附录A表A.2中；
c）重复步骤a）~b），对被校皮秒级脉冲产生器其它通道输出的皮秒级脉冲信号上升时间分别进行测量。
6.2.2.2 20ps~75ps上升时间：
a）重复6.2.1.2中步骤a）~b）:
b）用取样示波器测量上升时间，并把测量结果记录到附录A表A.2中：
c）重复步骤a）~b），对被校皮秒级脉冲产生器其它通道输出的皮秒级脉冲信号上升时间分别进行测量。
7 校准结果的处理
校准结束后应出具校准证书。校准证书应准确、客观地报告校准结果，校准结果以校准数据、校准曲线等形式给出。校准证书应包括委托方要求的、说明校准结果所必需的和
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所用方法要求的全部信息。
8 复校时间间隔
皮秒级脉冲产生器的复校时间间隔一般不超过12个月。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。
国防军工
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附录A
数据记录格式
表A.1半幅宽度
标称值 CHI测得值(ps) U(k-2)
标称值 CH2测得值(ps) U(k-2)
表A.2上升时间
标称值 CH1测得值(ps) U(k-2)
标称值 CH2测得值(ps) U(k=2)
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附录 B
电光取样脉冲波形测量系统工作原理
电光取样脉冲波形测量系统工作原理如图B.1所示，飞秒激光器输出两路同步脉冲激光信号，中心波长都为1560nm，一路经过调制装置转换为同步电脉冲触发信号，另外一路飞秒激光作为采样光。输出的飞秒激光通过光延时线，从电光微带线背面通过聚焦透镜聚焦至电光微带线的信号电极，采样光在被校皮秒级脉冲产生器输出脉冲信号作用下偏振态发生变化，偏振态改变后的采样光束由信号电极反射回来，经偏振态测量装置测量得到采样光偏振态的变化量，进而获得被校皮秒级脉冲信号的电压。按照一定的步进对光延时线进行扫描，通过逐点测量的方式对被校皮秒级脉冲信号波形进行定标。
电光取样脉冲波形
校准参考自
测量系统
电光微带线
被校皮秒级脉冲产生器
微波探头
调制装置
宝宝连锁
飞秒激光器
光斑时长
分束器
偏振态测量装置
反射能
计算机
参考信号
国防专工
图B.1电光取样脉冲波形测量系统工作原理图
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附录C
测量结果不确定度评定示例
C.1半幅宽度(5ps~100ps)测量不确定度分析
用电光取样脉冲波形测量系统测量U9391F输出的皮秒级脉冲信号半幅宽度，测量不确定度来源主要有：电光取样脉冲波形测量系统引入的不确定度、测量重复性引入的不确定度。
C. 1.1电光取样脉冲波形测量系统引入的不确定度
电光取样脉冲波形测量系统测量皮秒级脉冲半幅宽度最大允许误差为±1.2ps，假设为均匀分布，引入的不确定度为u_{1} = 1 . 2 / sqrt{3} = 0 . 7 p s 。
C. 1.2测量重复性引入的不确定度
对U9391F输出的皮秒级脉冲信号重复测量10次，由此引入的不确定度按A类方法评定，因此由重复性引入的不确定度为u_{2} = 0 . 1 p s .
C. 1.3合成标准不确定度
根据上述不确定度分量的分析，测量皮秒级脉冲半幅宽度的合成标准不确定度为：
u_{c} = sqrt{u_{1}^{2} + u_{2}^{2}} = sqrt{0 . 7^{2} + 0 . 1^{2}} = 0 . 7 mathrm{p s}
C. 1.4扩展不确定度
取包含因子k=2，计算出扩展不确定度为：
U = k u_{c} = 2 times 0 . 7 = 1 . 4 p s
C.2半幅宽度(100ps~1ns)测量不确定度分析
用取样示波器86100C测量81134A输出的皮秒级脉冲信号半幅宽度，测量不确定度来源主要有：取样示波器读数分辨力引入的不确定度、取样示波器时基误差引入的不确定度、测量重复性引入的不确定度。
C. 2.1取样示波器读数分辨力引入的不确定度
以半幅宽度200ps为例进行分析，取样示波器在50ps/ div:档测量200ps的读数分辨力为0.1ps，由此引入的不确定度按B类方法评定，设其变化为均匀分布，取k = sqrt{3} ，因此由读数分辨力引入的不确定度u_{1} = frac{0 . 1}{sqrt{3}} = 0 . 0 mathrm{6 p s} :
C. 2.2取样示波器时基误差引入的不确定度
取样示波器时基误差的测量值为0.79ps，其变化近似服从正态分布，取k=2，由取样示波器时基误差引入的不确定度为u_{2} = frac{0 . 7 9}{2} = 0 . 4 p s 。
C. 2.3取样示波器时间间隔测量引入的不确定度
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取样示波器测量200ps时间间隔的最大允许误差为±3ps，假设为均匀分布，引入的不确定度为u_{3} = frac{3}{sqrt{3}} = 1 . 7 p s ，
C. 2.4测量重复性引入的不确定度
在50ps/div档测量200ps，重复测量10次，由此引入的不确定度按A类方法评定，因此由重复性引入的不确定度u_{mathrm{s}} = 0 . 1 mathrm{p s} ，
C. 2.5合成标准不确定度
根据前面对不确定度分量的分析。测量皮秒级脉冲半幅宽度的合成标准不确定度为：
u_{c} = {sqrt{u_{1}^{2} + u_{2}^{2} + u_{3}^{2} + u_{4}^{2}}} = {sqrt{0 . 0 6^{2} + 0 . 4^{2} + 1 . 7^{2} + 0 . 1^{2}}} = 1 . 8 p s
C. 2.6 扩展不确定度
取包含因子k=2，计算出扩展不确定度为：
U = k u_{c} = 2 times 1 . 8 = 3 . 6 p s
C.3 上升时间(3ps~20ps) 测量不确定度分析
用电光取样脉冲波形测量系统测量U9391F输出的皮秒级脉冲信号上升时间的不确定度与C.1半幅宽度的不确定度相同，取包含因子k=2时的扩展不确定度为U=1.4ps.
C.4 上升时间(20ps~75ps) 测量不确定度分析
用取样示波器86100C测量81134A输出的皮秒级脉冲信号上升时间的不确定度来源与C.2半幅宽度的不确定度来源相同。
C. 4.1取样示波器读数分辨力引入的不确定度
以上升时间50ps为例进行分析，取样示波器在10ps/ div:档测量50ps的读数分辨力为0.02ps，由此引入的不确定度按B类方法评定，其变化为服从均匀分布，取k = sqrt{3} ，因此由读数分辨力引入的不确定度u_{1} = frac{0 . 0 2}{sqrt{3} / 2} = 0 . 0 2 p s 。
C. 4.2取样示波器时基误差引入的不确定度
取样示波器时基误差的测量值为0.79ps.其变化服从正态分布，取k=2,由取样示波器时基误差引入的不确定度为u_{2} = frac{0 . 7 9}{2} = 0 . 4 p s 。
C. 4.3取样示波器时间间隔测量引入的不确定度
取样示波器测量50ps时间间隔的最大允许误差为±1.5ps，其变化近似服从均匀分布，取k = sqrt{3} ，由取样示波器时间间隔测量不准引入的不确定度为u_{3} = frac{1 . 5}{sqrt{3}} = 0 . 9 p s 。
C. 4.4测量重复性引入的不确定度
在10ps/div档测量50ps，重复测量10次，由此引入的不确定度按A类方法评定，因此由重复性引入的不确定度u_{4} = 0 . 1 mathrm{p s} ，
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C. 4.5合成标准不确定度
根据前面对不确定度分量的分析，测量皮秒级脉冲上升时间的合成标准不确定度为：
C. 4.6 扩展不确定度
取包含因子k=2，计算出扩展不确定度为：
U = k u_{c} = 2 times 1 . 0 = 2 . 0 p s
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皮秒级脉冲产生器波形参数校准规范
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国家国防科技工业局发布