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光行天下 -> OptiSystem,PhotonDesign,Rsoft -> RP Fiber Power | 強(qiáng)度噪聲 [點(diǎn)此返回論壇查看本帖完整版本]

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小火龍果

2023-09-14 10:35

RP Fiber Power | 強(qiáng)度噪聲

強(qiáng)度噪聲

光束中一種重要的噪聲是其強(qiáng)度噪聲。嚴(yán)格地說(shuō)，通常考慮的是光功率的噪聲，而不是光強(qiáng)度的噪聲，但常見(jiàn)的術(shù)語(yǔ)是強(qiáng)度噪聲而不是功率噪聲.

在強(qiáng)度噪聲的背景中，功率一詞有兩種截然不同的含義，這可能會(huì)引起很大的混淆。（不要混淆光功率和噪聲功率！）

我們所關(guān)注的波動(dòng)量是光功率，即單位時(shí)間內(nèi)傳遞的光能量。
噪聲通常用功率譜密度來(lái)量化，功率與波動(dòng)振幅的平方有關(guān)；這里我們處理的是噪聲功率。

使用偏置光電二極管測(cè)量強(qiáng)度噪聲(例如激光的強(qiáng)度噪聲)，可以獲得與光功率成正比的光電流。光電流通常被轉(zhuǎn)換成電壓，例如使用電阻器。然后可以將波動(dòng)電壓輸入電子頻譜分析儀，該分析儀可顯示輸入電壓的頻率相關(guān)功率譜密度(PSD)。這里的功率指的是電功率，它與電壓的平方成正比，因此也與光功率的平方成正比。PSD 是噪聲功率的測(cè)量值，單位為 V²/Hz，但通常顯示為對(duì)數(shù)量，單位為 dBm/Hz。利用電壓和光功率之間的比例關(guān)系(在已知探測(cè)器響應(yīng)度和可能的額外電子增益的情況下)，可以由此計(jì)算出光功率的 PSD，單位為 W²/Hz。

如果將頻譜分析儀的輸入電壓增加一倍，例如通過(guò)減少打在光電探測(cè)器上的激光束衰減，電功率就會(huì)增加 4 倍，相當(dāng)于 6 倍分貝.
更進(jìn)一步的困難源于電子頻譜分析儀通常沒(méi)有經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)，無(wú)法正確顯示噪聲功率密度；需要一定的校正。

強(qiáng)度噪聲規(guī)格

強(qiáng)度噪聲通常量化為相對(duì)強(qiáng)度噪聲 (RIN)，即光功率噪聲除以平均光功率。通用規(guī)格如下：

特定測(cè)量帶寬的均方根值
功率譜密度 S(f)

有時(shí)我們會(huì)遇到類似 “0.1%” 這樣的規(guī)格，如果沒(méi)有進(jìn)一步的規(guī)格說(shuō)明，這種規(guī)格是不準(zhǔn)確的，因?yàn)闆](méi)有對(duì)統(tǒng)計(jì)方面進(jìn)行描述，也不清楚考慮的是哪種噪聲頻率范圍。

強(qiáng)度噪聲的測(cè)量

測(cè)量強(qiáng)度噪聲的方法是通常是通過(guò)快速光電探測(cè)器（如 pi-i-n 光電二極管）檢測(cè)強(qiáng)度（或功率），并用電子頻譜分析儀評(píng)估噪聲頻譜。雖然這在原則上看似簡(jiǎn)單，但在技術(shù)上可能會(huì)遇到各種挑戰(zhàn)：

強(qiáng)度噪聲水平的校準(zhǔn)通常比較困難。雖然電子頻譜分析儀以 dBc/Hz（其中 dBc = 低于載波的 dB）等適當(dāng)單位顯示噪聲頻譜，但它適用于正弦信號(hào)，不適用于隨機(jī)噪聲。通常需要在噪聲電平上增加 2 分貝，但這取決于頻譜分析儀的詳細(xì)設(shè)置，如檢測(cè)模式。(儀器手冊(cè)會(huì)提供有用的信息。)如果需要在前置放大器中對(duì)光電流的直流分量進(jìn)行增壓，會(huì)出現(xiàn)更多困難；這時(shí)可能需要進(jìn)行單獨(dú)的校準(zhǔn)測(cè)量。