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噪声性能指标(noise specifications)

例如激光输出的噪声强度通常需要量化--特别是在频率测量、敏感光谱测量或光纤通信等应用场合,其中设备或系统的性能受到噪声的限制。


激光器和光放大器噪声规格举例

强度噪声通常是通过分析激光输出与光电二极管和相关的电子设备,如电子光谱分析仪测量。它可以指定的功率谱密度的相对强度噪声作为噪声频率的函数。为了某些目的,均方根(RMS)值的平方根,本质上是对功率谱密度的积分超过一定的频率范围(1赫兹–1兆赫),是足够的。然而,均方根值没有测量带宽规格是荒谬的。带宽确定如下:

  • 较高的频率限制通常由光电探测器(包括检测电子)的速度决定.。显然,一个缓慢的检测器是不能够记录快速波动,因此表示较弱的噪声比一个快速检测器。数字录音,测量带宽为采样频率的一半(→Nyquist定理),而在实践中往往更低,低通滤波已被应用在采样之前为了避免混叠效应。

  • 较低的频率限制大约是逆测量时间。当强度波动被记录在一些有限的时间间隔,人们不能知道多少的平均记录的功率偏离平均功率超过较长的时间。因此,噪声的影响的频率低于逆测量时间被抑制。

光学相位噪声可以用功率谱密度(PSD)量化的相位波动。另外,对瞬时频率波动的PSD可以指定。这样的功率谱密度往往发散为零频率,所以集成到零频率是不可能的。简单的随机行走过程,一个连贯的时间或相干长度或一个linewidthvalue规格可适当。注意线宽值通常取决于测量时间。

频率噪声与相位噪声直接相关,它是瞬时频率的噪声,后者与相位的时间导数有关。

一列脉冲的定时抖动可以被量化为时间差的功率谱密度(例如一些无声的参考)或定时相位。这也是常见的指定一定范围内的噪声频率的有效值。

在频率计量中,使用艾伦偏差或艾伦方差作为时间函数是常见的.。这些数量可以计算出的功率谱密度,而相反的计算是不明确的。

电子或光学放大器的噪声系数量化放大器的过量噪声。

在频率测量,通常使用归一化相位波动x(t) = δφ(T) / (2π ν0),即相位波动除以平均角频率。归一化相位波动的时间导数,然后提供归一化的频率波动y(t),即,相对于平均频率的瞬时频率的波动。对不同频率源的相位噪声比较,现在去比较合适的功率谱密度Sx(f)归一化相位波动或Sy(F)的归一化频率的波动,而不是相位或频率漂移本身,因为这些标准的波动是什么决定了精度和时钟如准确。


环境条件

激光噪声通常取决于环境条件。因此,显然是必要知道什么是环境条件,某些规格适用。特别地:

  • 它是否适用于恒定的室温,或在允许的操作温度范围内的任意温度变化?

  • 它是有效的后立即打开设备,或只有在很长的预热时间?

  • 是一个无振动的环境假设?

后者是特别重要的波束指向波动的规格。

这是不容易指定的环境噪声源,如振动的影响下的激光噪声,因为它是难以量化这些影响。此外,它们的影响可能强烈地依赖于噪声频率:一个机械装置可能有一些共振,使设备在某些频率的振动非常敏感。


常见问题

出于各种原因,正确的噪声规格往往没有达到:

  • 噪声的数学描述是复杂的,往往没有适当的物理或工程课程处理。作为一个结果,无意义的噪声规格在产品数据表中普遍存在,甚至在科学文献。

  • 激光物理,有各种不同类型的噪声,这在概念上和不可见的方式身体相关的(例如:光相位噪声和定时锁模激光器相位噪声)。因此,物理洞察力和数学知识一样重要。

  • 噪声测量受许多不平凡的技术问题。例如,电子频谱分析仪的内部工作的详细知识,需要获得正确的测量结果,这样的设备。黑盒处理(使用不知道它们是如何产生的设备读数)容易导致错误的结果,例如通过不适当的设备设置或未能应用某些校正因子(例如,在频谱分析仪对数平均)。

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