¿Mide con precisión el ruido de intensidad relativa (RIN) utilizando el analizador de espectros de RF?

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Estoy tratando de medir el ruido de intensidad relativa (RIN) de un láser con un analizador de espectro de RF. Es un método bastante común (esquema: Cómo medir el ruido de intensidad relativa en láseres ) aunque me preguntaba si alguien con más experiencia podría ayudar a aclarar algunos de los matices de la medición del ruido para mí.

Según tengo entendido, RIN se define como la densidad espectral de fluctuación media de la intensidad cuadrada de una señal óptica dividida por la potencia óptica promedio. Para medir esto, a menudo colocamos el láser en un fotodetector, usamos un sesgo-T para medir el voltaje de CC (que es proporcional a la corriente del fotodetector y por lo tanto da una medida de la potencia promedio) y conectamos la salida de CA del sesgo-T a Un analizador de espectro de RF.

Para trazar el RIN como una 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 ponen en unidades de dBm / Hz) y luego se dividen por la potencia eléctrica promedio

$$ P_ {avg} = \ frac {V_ {DC} ^ 2} {50 \ Omega} $$

Esto aparentemente da un valor con unidades dBc / Hz o dB / Hz.

dB es una escala relativa, por lo que dB / Hz tiene sentido ya que estamos midiendo la potencia de CA a una cierta frecuencia en referencia a la potencia de CC. Sin embargo, dBc / Hz es la potencia a la que hace referencia el operador y no estoy seguro de lo que es en este caso. Además, algunos autores presentan las medidas de piso de ruido del sistema en unidades de dBc / Hz. ¿Está esto mal ya que en este caso no hay portador? ¿O es esto un piso de ruido del sistema con referencia a la potencia del láser que se mide?

Finalmente, en algunos casos, encuentro que la traza en el analizador de espectro de RF muestra los armónicos como una serie de picos (EDIT: mi láser está pulsado, por lo que los armónicos están en la tasa de repetición de los pulsos, como se esperaba). Los niveles entre picos se encuentran en el mismo nivel que el nivel de fondo (es decir, cuando no hay entrada de señal). Por lo tanto, ¿podemos inferir que el RIN en estos puntos (es decir, si integramos desde 10 Hz, digamos, hasta el primer armónico) es igual o menor que el RIN del sistema? O deberíamos amplificar la señal solo para asegurarnos de que podamos verla por encima del nivel de ruido del sistema.

Esto parece un tema complejo y tal vez lo estoy pensando demasiado, ¡por lo que cualquier consejo o sugerencia / buenas referencias serían muy apreciados!

Gracias

    
pregunta IanRoberts

1 respuesta

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Sin embargo, dBc / Hz es la potencia a la que hace referencia el operador y no estoy seguro de qué se trata en este caso.

Sospecho que, en este caso, la portadora es la potencia óptica promedio, que pueden estar considerando como una portadora de muchos terahercios.

  

algunos autores presentan las mediciones del piso de ruido del sistema en unidades de dBc / Hz. ¿Esto es incorrecto ya que en este caso no hay ningún transportista?

No tengo claro por qué alguien elegiría esas unidades para un piso de ruido. Puede que esté mal, pero me gustaría ver el contexto donde lo lees para decirlo con seguridad.

  

Encuentro que la traza en el analizador de espectro de RF muestra los armónicos como una serie de picos. Los niveles entre picos se encuentran en el mismo nivel que el nivel de fondo (es decir, cuando no hay entrada de señal). Por lo tanto, ¿podemos inferir que el RIN en estos puntos (es decir, si integramos desde 10 Hz, digamos, hasta el primer 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 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 con láser, y creo que los resultados son más fáciles de interpretar para una señal óptica de CW.

En general, los analizadores de espectro tienen un piso de ruido, pero no lo llamaría "RIN", porque no es "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, cuando el rastreo está en el nivel de ruido, no se mide 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 malo, 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 nivel de ruido 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 cuando solo está viendo el ruido del instrumento.

Editar

Para hacer un seguimiento de 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, simplemente están hablando de lo fundamental de la señal de pulso como la portadora.

Las mediciones con las que estoy familiarizado están más interesados en la frecuencia pico en el espectro RIN. No creo que puedas hacer esto con un láser pulsado porque tendrías que pulsar a una frecuencia más alta que el pico de RIN, lo que también estaría más allá de las capacidades de modulación del láser. Pero tal vez hay trucos que no conozco.

Sugeriré que para una medición de 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 proporciona la potencia de la señal láser a la que mediría el ruido en relación con.

  

¿es justo decir 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 comparar sus mediciones de RIN con láser utilizando las funciones de guardado de la SA, sin necesidad de realizar cálculos.

    
respondido por el The Photon

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