Erfordern Interferometer, dass Strahlen gleicher Leistung (oder so gleich wie möglich) auf das Ziel und den/die Fotodetektor(en) emittiert werden?

Es ist eigentlich eine etwas knifflige Designfrage.

Die grobe Geschichte ist folgende. Im Prinzip ist es völlig egal. Sie werden Interferenzstreifen sehen, selbst wenn die Strahlen unterschiedliche Leistungen haben. In der Praxis kann dies eine Rolle spielen, je nachdem, wie klein das Signal ist, das Sie messen möchten.

Dies hängt von den Details Ihres Fotodetektors ab. Es gibt ein paar Signalpegel, die wichtig sind. Ihr Fotodetektor gibt eine Spannung aus$V$proportional zur Momentanleistung$P$auf dem Fotodetektor. Da ist ein$V_{\text{noise}}$entsprechend dem elektronischen Grundrauschen des Photodetektors. Da ist ein$V_{\text{max}}$entsprechend der maximalen Spannung, die der Fotodetektor ausgeben kann, bevor er gesättigt ist.

Wenn Sie zwei Strahlen haben, die zu Spannungen führen$V_1$Und$V_2$Auf dem Fotodetektor erhalten Sie dann, wenn Sie beide Strahlen zusammen einschalten, ein Signal wie

Wo$\phi$ist die Phase zwischen den beiden Lichtstrahlen, die sich in Abhängigkeit davon ändert, was Sie an Ihrem "Ziel" messen

Neben elektronischem Rauschen erhalten Sie auch optisches Schrotrauschen, das proportional dazu ist$\sqrt{V}$.

Um also Ihre Interferenzstreifen aufzulösen, möchten Sie Ihr Signal proportional dazu$\sqrt{V_1V_2}$, so groß wie möglich sein. ABER, Sie sind begrenzt durch$V<V_{\text{max}}$damit Sie den Detektor nicht sättigen.

Der Kontrast eines Interferenzstreifens ist gegeben durch$S = A + B\cos(\phi)$mit$0<B<A$ist gegeben als

$C\rightarrow 0$für Kleinsignal wenn$B\ll A$Und$C\rightarrow 1$für "perfekten Kontrast" mit$B=A$.

In diesem Fall wollen wir maximieren$B$mit der Einschränkung, dass$A+B$ist fest bei$V_{\text{max}}$. Dies tritt auf, wenn unser Signal einen maximalen Kontrast hat, so dass$B=A$. Im Fall Ihres Problems bedeutet dies, dass Sie idealerweise hätten$V_1=V_2$.

Das heißt, Sie möchten, dass die Leistung von Strahl 1 der Leistung von Strahl 2 auf dem Fotodetektor entspricht. Dies kann bedeuten, dass Sie mehr Kraft im Arm einschließlich des Ziels benötigen, wenn das Ziel das darauf fallende Licht streut oder absorbiert.

All dies gesagt, wenn Sie etwas "Einfaches" messen, müssen Sie sich wahrscheinlich keine Gedanken über all diese feinen Details des Signal-Rausch-Verhältnisses machen, und Sie werden mit unausgeglichenen Leistungen zufrieden sein. Schwierige Aussage, ohne eine vollständige Designanalyse durchzuführen. Alles, was ich hier beschreibe, wird Ihnen wahrscheinlich einen Faktor von 2 oder 4 oder etwas im Signal-Rausch-Verhältnis bringen, was für Ihre Anwendung den Unterschied ausmachen kann oder nicht.

Bearbeiten: Das OP fragt nach einem Fall, in dem die Leistung, die zur Probe gehen kann, begrenzt ist. Zum Beispiel könnte die Probe in irgendeiner Weise beschädigt werden, wenn sie zu viel Strom hat. Bei einem Interferenzaufbau mit einem einzelnen Fotodetektor ist dies nicht ideal. Ohne elektronisches Rauschen auf dem Fotodetektor (oder irgendwo in der Detektionskette einschließlich Verstärkern oder Datenerfassungsgeräten) wäre die beste Strategie, die beiden Leistungen am Detektor wie oben beschrieben gleich einzustellen. Dadurch wird grundsätzlich die Verstärkung des Kleinsignals mit Schrotrauschen optimiert.

Bei Vorhandensein von elektronischem Rauschen ist es jedoch wahrscheinlich, dass die beiden niedrigen Leistungspegel auf dem Fotodetektor nicht ausreichen, um das elektronische Rauschen zu überschreiten. In diesem Fall müssen Sie die Leistung im Strahl des "lokalen Oszillators" (LO) verstärken, um die sinusförmige Modulation über das elektronische Grundrauschen hinaus zu verstärken. Sie sollten die LO-Leistung erhöhen, bis Sie die Sättigung des Fotodetektors erreichen. Aber ich füge den Vorbehalt hinzu, dass Sie, sobald das Schrotrauschen von LO das elektronische Grundrauschen überschreitet, keine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses für eine Erhöhung der LO-Leistung sehen. Grundsätzlich steigen sowohl das Schrotrauschen als auch der Signalpegel$\propto \sqrt{V_{\text{LO}}}$In diesem Fall.

Wenn Sie jedoch eine interferometrisch verstärkte Messung eines Signals mit niedrigem Pegel durchführen müssen, ist die BESTE Strategie die Verwendung einer symmetrischen interferometrischen Detektion. In diesem Fall verwenden Sie zwei Fotodetektoren, um das Licht aus jedem Anschluss des Strahlteilers zu messen, und subtrahieren dann die beiden Signale vor der Verstärkung. In diesem Fall erscheint Ihr Signal als Modulation um null Volt, dh es gibt keinen DC-Offset. Dadurch können Sie eine viel größere LO-Leistung verwenden, ohne die Fotodetektoren zu sättigen, was es einfach macht, das kleine Signal über das elektronische Grundrauschen der Detektorkette hinaus zu verstärken. Sobald das Signal jedoch über das elektronische Grundrauschen hinaus verstärkt wird, erhalten Sie keine weiteren Zuwächse im SNR, wenn Sie den LO weiter erhöhen.