¿Los interferómetros requieren que se emitan haces de igual potencia (o tan iguales como sea posible) en el objetivo y los fotodetectores?

En realidad, es una pregunta de diseño un poco complicada.

La historia cruda es esta. En principio, no importa en absoluto. Verá franjas de interferencia incluso si los haces tienen diferentes potencias. En la práctica, puede importar, dependiendo de qué tan pequeña sea la señal que está tratando de medir.

Dependerá de los detalles de su fotodetector. Hay algunos niveles de señal que importan. Su fotodetector emite un voltaje$V$proporcional a la potencia instantánea$P$en el fotodetector. Hay un$V_{\text{noise}}$correspondiente al ruido de fondo electrónico del fotodetector. Hay un$V_{\text{max}}$correspondiente al voltaje máximo que el fotodetector puede emitir antes de saturarse.

Si tiene dos haces que dan como resultado voltajes$V_1$y$V_2$en el fotodetector, cuando coloque ambos haces juntos obtendrá una señal como

Dónde$\phi$es la fase entre los dos haces de luz que varía en función de lo que sea que esté midiendo sobre su "objetivo"

Además del ruido electrónico, también obtendrá ruido de disparo óptico que es proporcional a$\sqrt{V}$.

Entonces, para resolver sus franjas de interferencia, necesita su señal, proporcional a$\sqrt{V_1V_2}$, para que sea lo más grande posible. PERO, estás limitado por$V<V_{\text{max}}$para que no satures el detector.

El contraste de una franja de interferencia dada por$S = A + B\cos(\phi)$con$0<B<A$se da como

$C\rightarrow 0$para pequeña señal si$B\ll A$y$C\rightarrow 1$para el "contraste perfecto" con$B=A$.

En este caso queremos maximizar$B$con la restricción de que$A+B$se fija en$V_{\text{max}}$. Esto ocurre cuando nuestra señal tiene el máximo contraste tal que$B=A$. En el caso de su problema, esto significa que usted, idealmente, habría$V_1=V_2$.

Es decir, desea que la potencia del haz 1 sea igual a la potencia del haz 2 en el fotodetector. Esto puede significar que necesita más potencia en el brazo, incluido el objetivo, si el objetivo se dispersa o absorbe parte de la luz que cae sobre él.

Dicho todo esto, si está midiendo algo "fácil", es probable que no necesite preocuparse por todos estos detalles finos de señal a ruido y estará bien con poderes desequilibrados. Difícil decir sin hacer un análisis de diseño completo. Todo lo que describo aquí probablemente le dará un factor de 2 o 4 o algo en la relación señal-ruido que puede o no marcar la diferencia para su aplicación.

editar: El OP pregunta sobre un caso en el que la potencia que puede ir a la muestra es limitada. Por ejemplo, la muestra podría dañarse de alguna manera si tiene demasiada energía. En una configuración de interferencia de un solo fotodetector, esto no es ideal. En ausencia de ruido electrónico en el fotodetector (o en cualquier parte de la cadena de detección, incluidos los amplificadores o los dispositivos de adquisición de datos), la mejor estrategia sería igualar las dos potencias del detector, como se describió anteriormente. Esto básicamente optimiza la amplificación de la pequeña señal con ruido de disparo.

Sin embargo, en presencia de ruido electrónico, es probable que los dos niveles bajos de potencia del fotodetector no sean suficientes para superar el ruido electrónico. En este caso, necesita aumentar la potencia en el haz del "oscilador local" (LO) para amplificar la modulación sinusoidal por encima del ruido de fondo electrónico. Debe aumentar la potencia LO hasta alcanzar la saturación del fotodetector. Pero agregaré la advertencia de que una vez que el ruido de disparo de LO excede el piso de ruido electrónico, no verá ninguna mejora en la señal a ruido para aumentos en la potencia de LO. Básicamente, tanto el ruido de disparo como el nivel de señal aumentan$\propto \sqrt{V_{\text{LO}}}$en ese caso.

Sin embargo, la MEJOR estrategia, si debe realizar una medición mejorada interferométricamente de una señal de bajo nivel, es utilizar una detección interferométrica balanceada. En este caso, utiliza dos fotodetectores para medir la luz que sale de cada puerto del divisor de haz y luego resta las dos señales antes de la amplificación. En este caso, su señal aparece como una modulación de cero voltios, es decir, no hay compensación de CC. Esto le permite utilizar una potencia LO mucho mayor sin saturar los fotodetectores, lo que facilita aumentar la pequeña señal más allá del umbral de ruido electrónico de la cadena de detectores. Dicho esto, una vez que la señal se aumenta más allá del piso de ruido electrónico, nuevamente no obtiene más ganancias en SNR a medida que aumenta más el LO.