光纤色散仪测量不确定度评定

　　0　引言

　　对计量而言,测量不确定度是一个重要参数,反映仪器经计量检定/校准后,得出的测量值、平均值、偏差、比值、重复性、线性度等数值的可靠程度。

　　我所校准实验室在2003年初,对标准件溯源时,采用将被检仪器的测量重复性作为A类标准不确定度分量uA、上级计量单位对标准件进行计量校准时给出的扩展不确定度作为B类标准不确定度分量uB,经合成为合成标准不确定度uc,再取定包含因子,得出扩展不确定度U。这样得出的测量不确定度(扩展不确定度)是针对每台被检仪器给出的,不是指计量标准本身的不确定度,因此和每台被检仪器的测量准确度直接有关,并且,理论上讲,每台仪器计量后得到的测量不确定度都不一样。

　　考虑到自由度主要是用于确定包含因子,包含因子与被测量的分布有关,在实际工作中,如被测量的分布可作正态分布估计,有效自由度又估计不太小时,可以采用简易法直接选定包含因子,如取k=2对应置信概率近似为95%。因此,在一些具体的测量不确定度评定过程中,可以不用考虑自由度。

　　1　测量原理

　　光纤的色散特性是光纤两个重要传输特性之一,光纤色散是由于光纤传输信号的不同频率和不同模式成分的群速不同而引起光传输信号畸变的一种物理现象。色散导致光脉冲波形的畸变,即传输脉冲展宽,强度降低,使得误码率增加,通信质量下降。影响到光纤传输容量和光纤通信传输的最大中继距离。光纤色散分为材料色散、波导色散、模间色散。在多模光纤中,主要是模间色散和材料色散;在单模光纤中,因只传输单一模式,不存在模间色散,主要是材料色散和波导色散。

　　材料色散是由于制作光纤的材料的折射率n随波长λ改变而引起的,表明沿光纤中传播的平面波的相速度随波长而变化,这就是材料色散的物理意义。当d2n/dλ2≠0时,会引起材料色散,长度为L的光纤,材料色散造成的脉冲展宽量为

式中:c为真空中的光速;Δλ为光源衰减到1/e的谱宽;Δτm的单位为ns/km。

　　波导色散是由于波导的结构尺寸大小,引起光的群速度vg随波长λ而变化,若光纤中某一个模式的传播常数为β,当时d2β/dλ2≠0,就会引起波导色散,使所传输的光脉冲信号展宽。材料色散和波导色散的综合效应称为色度色散,常简称为色散,它引起单位长度的总色散为

式中:Dm(λ)为材料色散系数,由材料折射率的二阶导数给出;Dw(λ)=(λ/c)(d2n/dλ2)是波导色散系数。

　　光纤色散测试仪是用于测量单模光纤色散的仪器,在科研、生产和光纤光缆传输性能检测中得到广泛使用,主要用于测量单模光纤的零色散波长、零色散波长斜率和色散系数。目前,国内使用的光纤色散仪,测量方法都为相移法,这是测量单模光纤色散的基准法,见图1。该仪器还有一个特点,对光纤长度测量准确度很高。一般为10-3m,有些仪器能达到10-4m。