Ich versuche, das relative Intensitätsrauschen (RIN) eines Lasers mit einem HF-Spektrumanalysator zu messen. Es ist eine ziemlich gebräuchliche Methode (Umriss: Wie man relatives Intensitätsrauschen in Lasern misst ), obwohl ich mich gefragt habe, ob jemand mit mehr Erfahrung mir helfen könnte, einige der Nuancen der Rauschmessung für mich zu klären.
Soweit ich weiß, ist RIN definiert als die mittlere quadratische Intensitätsfluktuations-Spektraldichte eines optischen Signals geteilt durch die durchschnittliche optische Leistung. Um dies zu messen, setzen wir den Laser oft in einen Fotodetektor, verwenden ein Bias-T, um die Gleichspannung zu messen (die proportional zum Fotodetektorstrom ist und daher ein Maß für die durchschnittliche Leistung liefert) und schließen den AC-Ausgang des Bias-T an ein HF-Spektrumanalysator.
Um RIN als Funktion der Frequenz darzustellen, werden die gemessenen Werte der spektralen HF-Intensität durch die Auflösungsbandbreite des Spektrumanalysators geteilt (dh in dBm/Hz-Einheiten ausgedrückt) und dann durch die durchschnittliche elektrische Leistung geteilt
Dies ergibt offenbar einen Wert mit den Einheiten dBc/Hz oder dB/Hz.
dB ist eine relative Skala, daher ist dB/Hz insofern sinnvoll, als wir die Wechselstromleistung bei einer bestimmten Frequenz in Bezug auf die Gleichstromleistung messen. dBc/Hz ist jedoch die auf den Träger bezogene Leistung, und ich bin mir nicht sicher, was das in diesem Fall ist. Darüber hinaus präsentieren einige Autoren Messungen des System-Grundrauschens in Einheiten von dBc/Hz. Ist das falsch, da es in diesem Fall keinen Träger gibt? Oder ist dies ein Grundrauschen des Systems in Bezug auf die Leistung des gemessenen Lasers?
Schließlich stelle ich in einigen Fällen fest, dass die Spur auf dem HF-Spektrumanalysator Oberschwingungen als eine Reihe von Spitzen zeigt (BEARBEITEN: Mein Laser ist gepulst, daher liegen die Oberschwingungen wie erwartet bei der Wiederholungsrate der Impulse). Die Pegel zwischen den Spitzen sind auf dem gleichen Pegel wie der Hintergrundpegel (dh wenn kein Signaleingang vorhanden ist). Können wir daher schlussfolgern, dass das RIN an diesen Punkten (dh wenn wir beispielsweise von 10 Hz bis zur 1. Harmonischen integrieren) gleich oder kleiner als das System-RIN ist? Oder müssten wir das Signal verstärken, nur um sicherzustellen, dass wir es über dem Rauschpegel des Systems sehen können.
Dies scheint ein komplexes Thema zu sein, und vielleicht überdenke ich es, daher wären Tipps oder Hinweise / gute Referenzen sehr willkommen!
Danke
dBc/Hz ist jedoch die auf den Träger bezogene Leistung, und ich bin mir nicht sicher, was das in diesem Fall ist.
Ich vermute, dass der Träger in diesem Fall die durchschnittliche optische Leistung ist, die sie sich möglicherweise als Träger mit vielen Terahertz vorstellen.
Einige Autoren präsentieren Messungen des System-Grundrauschens in Einheiten von dBc/Hz. Ist das falsch, da es in diesem Fall keinen Träger gibt?
Es ist mir nicht klar, warum jemand diese Einheiten für ein Grundrauschen auswählen würde. Es mag falsch sein, aber ich möchte den Kontext sehen, in dem Sie es lesen, um es sicher zu sagen.
Ich finde, dass die Spur auf dem HF-Spektrumanalysator Harmonische als eine Reihe von Spitzen zeigt. Die Pegel zwischen den Spitzen sind auf dem gleichen Pegel wie der Hintergrundpegel (dh wenn kein Signaleingang vorhanden ist). Können wir daher schlussfolgern, dass das RIN an diesen Punkten (dh wenn wir beispielsweise von 10 Hz bis zur 1. Harmonischen integrieren) gleich oder kleiner als das System-RIN ist?
In den RIN-Messungen, die ich gesehen habe, gibt es keine messbaren Harmonischen, nur eine einzelne Spitze, die mit der intrinsischen Relaxationsoszillationsfrequenz des Lasers zusammenhängt. Testen Sie mit einem an den Laser angelegten Modulationssignal? Die meisten RIN-Messungen, die ich gesehen habe, wurden mit dem laserbetriebenen CW durchgeführt, und ich denke, die Ergebnisse sind für ein optisches CW-Signal einfacher zu interpretieren.
Im Allgemeinen haben Spektrumanalysatoren ein Grundrauschen, aber ich würde es nicht "RIN" nennen, da es sich nicht um eine "relative Intensität" handelt - es ändert sich nicht proportional zur optischen Leistung. Das Rauschen des Messsystems ist ein fester "Boden", und Sie können die spektrale Leistungsdichte unterhalb dieses Bodens nicht messen. Wann immer also die Kurve das Grundrauschen erreicht, messen Sie nichts über das Gerät, das Sie testen, sondern nur die Fähigkeiten des Analysators.
Allgemeiner Kommentar
Die RIN-Messung ist ziemlich schwierig durchzuführen. Sofern der Laser keine sehr schlechte Leistung hat, benötigen Sie einen sehr rauscharmen Detektor, einen sehr rauscharmen Vorverstärker und einen sehr empfindlichen Spektrumanalysator (mit niedrigem Grundrauschen). Sie sollten das Grundrauschen Ihres gesamten Empfängersystems (Detektor, Vorverstärker, Spektrumanalysator) testen, bevor Sie Ihren Laser messen, um sicherzustellen, dass Sie wissen, wann Sie das Laserverhalten messen und wann Sie nur Instrumentenrauschen sehen.
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Um Ihren Fragen in den Kommentaren nachzugehen:
Tut mir leid, ich bin mit RIN-Messungen an gepulsten Lasern nicht vertraut. Aber die Einheiten von dBc/Hz machen jetzt viel mehr Sinn --- sie sprechen nur über die Grundschwingung des Impulssignals als Träger.
Die Messungen, mit denen ich vertraut bin, interessieren Sie am meisten für die Spitzenfrequenz im RIN-Spektrum. Ich glaube nicht, dass Sie dies mit einem gepulsten Laser tun könnten, da Sie mit einer höheren Frequenz als der RIN-Spitze pulsieren müssten, was auch über die Modulationsfähigkeiten des Lasers hinausgehen würde. Aber vielleicht gibt es Tricks, die ich nicht kenne.
Ich schlage vor, dass Sie für eine gepulste RIN-Messung das Bias-T-Stück nicht benötigen, obwohl Sie möglicherweise einen Sperrkondensator für Ihren SA-Eingang benötigen. Die Spitze der Grundwelle des Impulssignals gibt Ihnen die Lasersignalleistung an, zu der Sie das Rauschen relativ messen würden.
Kann man also sagen, dass der Laser ein gleiches oder besseres Rauschverhalten aufweist?
Ich würde es so sagen: Wenn das Laserrauschen zu gering ist, um es auf Ihrem Detektor-/SA-System zu messen, dann ist das Messsystem nicht ausreichend, um das Rauschen dieses Lasers zu messen.
Wie würden Sie empfehlen, das Grundrauschen des Systems zu charakterisieren?
Normalerweise schalten Sie den Fotodetektor und den Vorverstärker ein, legen aber kein Lasersignal an. Führen Sie dann einen Sweep mit dem Spektrumanalysator durch und verwenden Sie genau die Einstellungen, die Sie für Ihre Messung verwenden werden. Dies ergibt die kombinierte Etage für den Detektor plus die SA.
Sie sollten in der Lage sein, dies zum Vergleich mit Ihren Laser-RIN-Messungen anzuzeigen, indem Sie einfach die Save-Trace-Funktionen des SA verwenden, ohne dass Berechnungen erforderlich sind.
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IanRoberts
IanRoberts