デバイスやシステムの性能がノイズによって制限される周波数計測、敏感な分光測定、光ファイバ通信などの応用においては、例えばレーザーの出力中のノイズの強度を定量化する必要がある。

レーザーおよび光増幅器のノイズ仕様の例

強度ノイズは、しばしば、フォトダイオードおよび電子スペクトルアナライザのような関連する電子機器を用いてレーザー出力を分析することによって測定される。相対強度ノイズのパワースペクトル密度をノイズ周波数の関数として指定することができる。いくつかの目的のためには、ある周波数範囲(例えば、1Hz~1MHz)にわたるパワースペクトル密度の積分の平方根である二乗平均平方根(r.m.s)で十分である。 しかし、r.m.s.の値は、測定帯域幅を指定しない場合無意味である。 その帯域幅は次のように決定される。

  • 周波数の上限は、光検出器(検出電子機器を含む)の速度によって決まることが多い。明らかに、低速検出器は高速変動を記録することができないため、高速検出器よりも弱いノイズを示す。デジタル記録では、測定帯域幅はサンプリング周波数の半分以下(→ナイキスト定理)であり、エイリアシング効果を避けるためにサンプリング前にローパスフィルタを適用する必要があるため、実際は測定帯域幅がさらに低くなる。
  • 周波数の下限は、ほぼ測定時間の逆数である。限られた時間間隔で強度変動が記録されると、記録されたパワーの平均が、より長い時間にわたる平均パワーからどれだけずれているかを知ることができない。したがって、測定時間の逆数以下の周波数でのノイズの影響が隠される。

光位相雑音は、位相変動のパワースペクトル密度(PSD)によって定量化することができる。 あるいは、瞬時周波数の変動のPSDを特定することができる。このようなパワースペクトル密度は、しばしばゼロ周波数に対して発散するので、ゼロ周波数までの積分は不可能である。単純なランダムウォークプロセスについては、コヒーレンス時間またはコヒーレンス長または線幅の値の指定を適切にすることができる。通常、線幅の値は測定時間に依存することに注意すべきである。

周波数ノイズは位相ノイズに直接関係している。それは瞬時周波数のノイズであり、後者は位相の時間微分に関連する。

パルス列のタイミングジッタは、タイミング偏差のパワースペクトル密度(例えば、ノイズのないリファレンスをもとにする)またはタイミング位相として定量化することができる。ある範囲のノイズ周波数に対してr.m.s.値を指定することも一般的である。

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