Estoy tratando de medir el ruido de intensidad relativa (RIN) de un láser usando un analizador de espectro de RF. Es un método bastante común (esquema: Cómo medir el ruido de intensidad relativa en los láseres ), aunque me preguntaba si alguien con más experiencia podría ayudarme a aclarar algunos de los matices de la medición del ruido.
Según tengo entendido, RIN se define como la densidad espectral de fluctuación de intensidad cuadrática media de una señal óptica dividida por la potencia óptica promedio. Para medir esto, a menudo colocamos el láser en un fotodetector, usamos un bias-T para medir el voltaje de CC (que es proporcional a la corriente del fotodetector y, por lo tanto, da una medida de potencia promedio) y conectamos la salida de CA del bias-T a un analizador de espectro de RF.
Para representar RIN en función de la frecuencia, los valores de intensidad espectral de RF medidos se dividen por el ancho de banda de resolución del analizador de espectro (es decir, se expresan en unidades de dBm/Hz) y luego se dividen por la potencia eléctrica promedio.
Esto aparentemente da un valor con unidades dBc/Hz o dB/Hz.
dB es una escala relativa, por lo que dB/Hz tiene sentido porque estamos midiendo la potencia de CA a una determinada frecuencia en referencia a la potencia de CC. Sin embargo, dBc/Hz es la potencia referenciada a la portadora y no estoy seguro de cuál es en este caso. Además, algunos autores presentan las medidas del piso de ruido del sistema en unidades de dBc/Hz. ¿Es esto incorrecto ya que en este caso no hay transportista? ¿O se trata de un piso de ruido del sistema con referencia a la potencia del láser que se está midiendo?
Finalmente, en algunos casos, encuentro que la traza en el analizador de espectro de RF muestra los armónicos como una serie de picos (EDITAR: mi láser es pulsado, por lo que los armónicos tienen la frecuencia de repetición de los pulsos, como se esperaba). Los niveles entre picos están al mismo nivel que el nivel de fondo (es decir, cuando no hay entrada de señal). ¿Podemos entonces inferir que el RIN en estos puntos (es decir, si integramos desde 10 Hz, digamos, hasta el 1er armónico) es igual o menor que el RIN del sistema? ¿O necesitaríamos amplificar la señal solo para asegurarnos de que podemos verla por encima del nivel de ruido del sistema?
Este parece un tema complejo y tal vez lo estoy pensando demasiado, por lo que cualquier consejo o sugerencia / buena referencia sería muy apreciada.
Gracias
Sin embargo, dBc/Hz es la potencia referenciada a la portadora y no estoy seguro de cuál es en este caso.
Sospecho que la portadora en este caso es la potencia óptica promedio, que pueden estar considerando como una portadora de muchos terahercios.
algunos autores presentan las medidas del piso de ruido del sistema en unidades de dBc/Hz. ¿Es esto incorrecto ya que en este caso no hay transportista?
No me queda claro por qué alguien elegiría esas unidades para un piso de ruido. Puede estar mal, pero me gustaría ver el contexto en el que lo lees para estar seguro.
Encuentro que la traza en el analizador de espectro de RF muestra los armónicos como una serie de picos. Los niveles entre picos están al mismo nivel que el nivel de fondo (es decir, cuando no hay entrada de señal). ¿Podemos entonces inferir que el RIN en estos puntos (es decir, si integramos desde 10 Hz, digamos, hasta el 1er armónico) es igual o menor que el RIN del sistema?
En las mediciones de RIN que he visto, no hay armónicos medibles, solo un pico único relacionado con la frecuencia de oscilación de relajación intrínseca del láser. ¿Está probando con una señal de modulación aplicada al láser? La mayoría de las mediciones de RIN que he visto se realizaron con el CW operado por láser, y creo que los resultados son más fáciles de interpretar para una señal óptica CW.
En general, los analizadores de espectro tienen un ruido de fondo, pero no lo llamaría "RIN", porque no es una "intensidad relativa", no cambia en proporción a la potencia óptica. El ruido del sistema de medición es un "piso" fijo y no se puede medir la densidad espectral de potencia por debajo de ese piso. Por lo tanto, cada vez que la traza está en el nivel mínimo de ruido, no está midiendo nada sobre el dispositivo que está probando, solo las capacidades del analizador.
Comentario general
La medición de RIN es bastante difícil de hacer. A menos que el láser tenga un rendimiento muy bajo, necesita un detector de muy bajo ruido, un preamplificador de muy bajo ruido y un analizador de espectro muy sensible (con un piso de bajo ruido). Querrá probar el ruido de fondo de todo su sistema receptor (detector, preamplificador, analizador de espectro) antes de medir su láser para asegurarse de saber cuándo está midiendo el comportamiento del láser y cuándo solo está viendo el ruido del instrumento.
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Para dar seguimiento a sus preguntas en los comentarios:
Lo siento, no estoy familiarizado con las mediciones de RIN en láseres pulsados. Pero las unidades de dBc/Hz tienen mucho más sentido ahora --- solo están hablando de lo fundamental de la señal de pulso como portadora.
Las medidas con las que estoy familiarizado, están más interesadas en la frecuencia máxima en el espectro RIN. No creo que pueda hacer esto con un láser pulsado porque tendría que pulsar a una frecuencia más alta que el pico RIN, lo que también estaría más allá de las capacidades de modulación del láser. Pero tal vez hay trucos de los que no soy consciente.
Sugeriré que para una medición RIN pulsada, no necesita la T de polarización, aunque es posible que desee un condensador de bloqueo por el bien de su entrada SA. El pico de la fundamental de la señal de pulso le da la potencia de la señal láser con respecto a la cual estaría midiendo el ruido.
¿Es justo decir entonces que el láser tiene un rendimiento de ruido igual o mejor?
Lo diría de esta manera: si el ruido del láser es demasiado pequeño para medirlo en su detector/sistema SA, entonces el sistema de medición no es adecuado para medir el ruido de ese láser.
¿Cómo recomendaría caracterizar el piso de ruido del sistema?
Por lo general, enciende el fotodetector y el preamplificador, pero no aplica ninguna señal láser. Luego realice un barrido en el analizador de espectro, usando la configuración exacta que usará para su medición. Esto da el piso combinado para el detector más el SA.
Debería poder mostrar esto para compararlo con sus mediciones de láser RIN simplemente usando las funciones de guardado de seguimiento del SA, sin necesidad de realizar cálculos.
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IanRoberts
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