Я пытаюсь измерить относительную интенсивность шума (RIN) лазера с помощью анализатора спектра RF. Это довольно распространенный метод (схема: Как измерить относительную интенсивность шума в лазерах ), хотя мне было интересно, может ли кто-нибудь более опытный помочь мне прояснить некоторые нюансы измерения шума.
Насколько я понимаю, RIN определяется как среднеквадратичное значение спектральной плотности флуктуаций интенсивности оптического сигнала, деленное на среднюю оптическую мощность. Чтобы измерить это, мы часто помещаем лазер в фотодетектор, используем смещение-T для измерения постоянного напряжения (которое пропорционально току фотодетектора и, следовательно, дает меру средней мощности) и подключаем переменный выход смещения-T к анализатор радиочастотного спектра.
Чтобы построить график зависимости RIN от частоты, измеренные значения спектральной интенсивности РЧ делятся на полосу разрешения анализатора спектра (т. е. переводятся в единицы дБм/Гц), а затем делятся на среднюю электрическую мощность.
По-видимому, это дает значение с единицами дБн/Гц или дБ/Гц.
дБ — это относительная шкала, поэтому дБ/Гц имеет смысл, поскольку мы измеряем мощность переменного тока на определенной частоте по отношению к мощности постоянного тока. Однако дБн/Гц — это мощность, относящаяся к несущей, и я не уверен, что это такое в данном случае. Кроме того, некоторые авторы представляют измерения минимального уровня шума системы в единицах дБн/Гц. Это неправильно, так как в этом случае нет перевозчика? Или это минимальный уровень шума системы по отношению к мощности измеряемого лазера?
Наконец, в некоторых случаях я обнаруживаю, что кривая на анализаторе спектра ВЧ показывает гармоники в виде серии пиков (РЕДАКТИРОВАТЬ: мой лазер импульсный, поэтому гармоники соответствуют частоте повторения импульсов, как и ожидалось). Уровни между пиками находятся на том же уровне, что и фоновый уровень (т. е. при отсутствии входного сигнала). Можем ли мы, таким образом, заключить, что RIN в этих точках (т. е. если мы проинтегрируем от 10 Гц, скажем, до 1-й гармоники) меньше или равно системному RIN? Или нам нужно будет усилить сигнал только для того, чтобы убедиться, что мы можем видеть его выше уровня шума системы.
Это кажется сложной темой, и, возможно, я слишком много думаю об этом, поэтому любые советы или указатели / хорошие ссылки будут очень признательны!
Спасибо
Однако дБн/Гц — это мощность, относящаяся к несущей, и я не уверен, что это такое в данном случае.
Я подозреваю, что несущей в этом случае является средняя оптическая мощность, о которой они могут думать как о несущей в несколько терагерц.
некоторые авторы представляют измерения минимального уровня шума системы в единицах дБн/Гц. Это неправильно, так как в этом случае нет перевозчика?
Мне непонятно, почему кто-то выбрал бы эти единицы для минимального уровня шума. Это может быть неправильно, но я хотел бы увидеть контекст, в котором вы это читали, чтобы сказать наверняка.
Я обнаружил, что кривая на анализаторе спектра ВЧ показывает гармоники в виде серии пиков. Уровни между пиками находятся на том же уровне, что и фоновый уровень (т. е. при отсутствии входного сигнала). Можем ли мы, таким образом, заключить, что RIN в этих точках (т. е. если мы проинтегрируем от 10 Гц, скажем, до 1-й гармоники) меньше или равно системному RIN?
В измерениях RIN, которые я видел, нет поддающихся измерению гармоник, только один пик, связанный с собственной частотой релаксационных колебаний лазера. Вы тестируете сигнал модуляции, подаваемый на лазер? Большинство измерений RIN, которые я видел, проводились с лазерным CW, и я думаю, что результаты легче интерпретировать для оптического сигнала CW.
Обычно у анализаторов спектра есть минимальный уровень шума, но я бы не назвал его «RIN», потому что это не «относительная интенсивность» — она не изменяется пропорционально оптической мощности. Шум измерительной системы является фиксированным «этажом», и вы не можете измерить спектральную плотность мощности ниже этого уровня. Таким образом, всякий раз, когда трасса находится на минимальном уровне шума, вы ничего не измеряете в тестируемом устройстве, а измеряете только возможности анализатора.
Общее замечание
Измерение RIN довольно сложно сделать. Если лазер не имеет очень плохих характеристик, вам нужен очень малошумящий детектор, очень малошумящий предусилитель и очень чувствительный анализатор спектра (с низким уровнем шума). Перед измерением лазера вы захотите проверить минимальный уровень шума всей системы приемника (детектор, предусилитель, анализатор спектра), чтобы быть уверенным, что знаете, когда вы измеряете поведение лазера, а когда просто наблюдаете шум прибора.
Редактировать
Чтобы ответить на ваши вопросы в комментариях:
Извините, я не знаком с измерениями RIN на импульсных лазерах. Но единицы дБн/Гц теперь имеют гораздо больше смысла — они просто говорят о фундаментальных характеристиках импульсного сигнала как несущей.
Измерения, с которыми я знаком, вас больше всего интересует пиковая частота в спектре RIN. Я не думаю, что вы могли бы сделать это с импульсным лазером, потому что вам пришлось бы пульсировать на более высокой частоте, чем пик RIN, что также было бы за пределами возможностей модуляции лазера. Но, возможно, есть какие-то хитрости, о которых я не знаю.
Я предполагаю, что для импульсного измерения RIN вам не нужен тройник смещения, хотя вам может понадобиться блокировочный конденсатор для вашего входа SA. Пик основной частоты импульсного сигнала дает вам мощность лазерного сигнала, относительно которой вы будете измерять шум.
справедливо ли тогда сказать, что лазер имеет такие же или лучшие шумовые характеристики?
Я бы сказал так: если шум лазера слишком мал для измерения на вашем детекторе/системе SA, то измерительная система неадекватна для измерения шума этого лазера.
как бы вы рекомендовали охарактеризовать минимальный уровень шума системы?
Обычно вы включаете фотодетектор и предусилитель, но не подаете лазерный сигнал. Затем выполните развертку на анализаторе спектра, используя точные настройки, которые вы будете использовать для своих измерений. Это дает комбинированный уровень для детектора и SA.
Вы должны иметь возможность отобразить это для сравнения с вашими измерениями лазерного RIN, просто используя функции сохранения трассировки SA, без каких-либо расчетов.
заполнитель
Ян Робертс
Ян Робертс