Optisches Rauschen messen.

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Autor
Optisches Rauschen messen.

    







BID = 584421

Snuggles

Gerade angekommen


Beiträge: 7
 

  


Hallo,

ich stehe vor der Aufgabe das RMS-Rauschen bis 20MHz einer Laserstrahlquelle bzw. anderen optischen Emittern messen zu müssen.... Und bin von der falschen Fakultät mit nur Grundwissen der E-Technik

Es müssen keine hochgenauen Werte Werte rauskommen, Größenordnungen reichen. (z.B. ~0,5% oder ~10% RMS bis 20MHz)

Vorhanden:
- Tektronix TDS2012 100MHz
- Photodiode BPW34 http://www.vishay.com/docs/81521/bpw34.pdf
- Strahlquelle.


Ich habe zunächst mal einen 50K-Widerstand parallel geschaltet und messe daran nun die Spannung, das funktioniert schonmal scheinbar.


Nun habe ich 2 grundlegende Knackpunkte:

1. Reicht ein "Kurzschluss"-Widerstand an der Diode zum Messen der Spannung oder sollte der Aufbau anders gemacht werden?

2. Wie ermittle ich nun - bewaffnet mit o.g. Oszi - das Rauschverhältnis (die Laserquelle wird konstant betrieben)?


Für eine bauerntaugliche Erklärung wäre ich dankbar

BID = 584428

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach

 

  

Die BPW34 dürfte für 10MHz zu gross und somit wegen der hohen Sperrschichtkapazität zu langsam sein.

Am rauschärmsten ist solch eine Diode, wenn man sie als Element betreibt; dann aber natürlich nicht mit einem so grossen Widerstand, sondern fast im Kurzschlussbetrieb (z.B. 50 Ohm).
Wenn du die Diode mit einer Sperrspannung beaufschlagst, sinkt ihre Kapazität und sie wird schneller, aber dabei steigt auch das Eigenrauschen. Die Empfindlichkeit ändert sich hingegen kaum.

Wie du die Schaltung auslegst, hängt also sehr vom zu erwartenden Rauschpegel ab.
Vermutlich wirst du aber noch einen rauscharmen Transimpedanzverstärker brauchen, bevor du auf dem Scope etwas siehst.

P.S.:
Wenn du es mit Lasern zu tun hast, solltest du auch mit Rauschen durch räumliche Interferenzmuster (Speckles), die evtl. nicht konstant sind, rechnen.
Das wird umso schlimmer, je kleiner der Detektor ist.
Wenn die Kohärenzlänge gross genug ist, nutzt evtl. nicht einmal eine Ulbrichtkugel etwas.
Dann könnte man daran denken diese Muster vorsätzlich in schnelle Bewegung zu versetzen. (Rotierende Milchglasscheibe, Ultraschall ...)



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Bei obigem Beitrag handelt es sich um meine private Meinung.



Rechtsansprüche dürfen aus deren Anwendung nicht abgeleitet werden.



Besonders VDE0100; VDE0550/0551; VDE0700; VDE0711; VDE0860 beachten !




[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 30 Jan 2009 18:27 ]

BID = 584430

high_speed

Schreibmaschine



Beiträge: 2073

Da warten wir lieber erstmal auf Perl.
Der ist ja schon da.



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George Orwell 1984 ist nichts gegen heute.
Der Überwachungsstaat ist schon da!

Leider lernen die Menschen nicht aus der Geschichte,
ansonsten würde sie sich nicht andauernd wiederholen.

BID = 584456

high_speed

Schreibmaschine



Beiträge: 2073

Ich hatte vorhin schon etwas mit Edit drangehängt, dann aber zulange für
das Schreiben gebraucht. Nächster Versuch neues Glück.

Das Oszilloskop von Tek rauscht ein wenig, das liegt haubtsächlich an
dem verwendeten Speicherverfahren. Die Abgetasteten Messwerte werden in
einen analogen CCD-Speicher gespeichert, woraus sie dann mit einem
langsameren Takt der Quantisierung (ADC) unterworfen werden. Erst dann
sind sie digital mit bis zu 256 verschiedenen Zuständen.
Schnelle Flash-ADC sind ein wenig teuer, besonders wenn sie 1GS/s und
mehr schaffen.

Das Rauschen der Emissionsquelle zu messen wird nicht sehr einfach sein.
Besonders, wenn noch die ganze Schaltung darum rauscht.

Vom vorgehen müsste man erst mal den Dunkelstrom der PD (Photodiode)
mit Verstärkerschaltung ermitteln. Von der Quelle bekommen wir den
"Signalstrom" und deren "Rauschstrom".
Beim verrechnen muss man bedenken, dass die Strome geometrisch
verrechnet werden müssen.
\fed\mixonI_ges = sqrt(I_Sig^2 + I_Rau1^2 + I_Rau2^2)
Um den Signalanteil los zu werden kann man sich einen Trick behelfen.
Die Quelle sendet mit gleichbleibender Intensität.
Das kann beim Empfänger einfach durch einen HP (Hochpass)
herausgefiltert werden. (Rauschsignale sind Breitbandsignale.)

Ferner muss man bedenken, das das Rauschen der FD durch lichteinfall
beeinflusst wird. Die Temperatur sollte auch einigermaßen konstant bleiben. Ich würde kühlen.
Für den Verstärker bestell schon mal etwas N2 flüssig.
(Um das dann einiger maßen rauschfrei zu bekommen, schreibe eine
Diplomarbeit in der elektrotechnischen Fakultät aus.)
Bedenke weiterhin, das die Emissionsquellen mit einer rauschfreien
Stromquelle betrieben werden. Die LD (LASER-Diode dabei pingeligst
genau auf Temperatur halten und die emittierte Leistung mit der
eingebauten Monitordiode (in der LD) überwachen.
Die emittierte Leistung ist vom Diodenstrom und der Temperatur abhängig.

Ich höre erstmal hier auf, nicht das ich noch deine Arbeit schreibe.

MfG
Holger, der gerade den Faden verloren hat.
Diesmal aber mit <strg>-C gesichert.

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[ Diese Nachricht wurde geändert von: high_speed am 30 Jan 2009 18:42 ]

BID = 584831

Snuggles

Gerade angekommen


Beiträge: 7

Ohje Danke.
Das wird wohl doch ein aufwändigeres Vorhaben als gedacht bzw. übersteigt meine "Kompetenz"...

Sinn- und Zweck der Sache ist übrigens keine Diplomarbeit o.ä. sondern ich (Maschinenbauer) baue mit / für einen Biologen ein kleines System zur kurzzeitigen Probenbeleuchtung auf. Es ging dann eben darum ein möglichst "sauberes" Licht zu haben. Große Schwankungen kann man ja ganz gut eliminieren (wenn sie denn vorkommen würden). Nur das Rauschen KÖNNTE ein Problem sein, wenn es - sagen wir mal 10, 20, 30% Größenordnung hat oder sich zeitlich verändert). Es würde mir ja schon reichen zu wissen, ob es eher 0,1% oder 10% rauscht...

Das hier angesprochene Selbstrauschen von Oszi und Detektor dürfte doch um Größenordnungen darunter liegen, oder sehe ich das falsch?

Zusatzfrage (hoffentlich nicht zu dumm): Kann man nicht irgendwie den FFT-Analyzer einsetzen um das zumindest "etwas" zu sehen?

BID = 584832

high_speed

Schreibmaschine



Beiträge: 2073

Hallo Snuggles,

Beim Messen von Rauschereignissen muss man sehr sorgfältig dran gehen.
Sowenig Eigenrauschen wie möglich.

Die Photonen-Emittierung in dem Halbleiterkristall ist eine typisches
Rauschereigniss. Die Atome emittieren unregelmäßig Photonen.
Bei der LD ist es nicht gerade viel besser, da werden die Photonen
gleichmäßig emittiert, aber nicht alle Atome sind in dem gleichen Energieniveau. Im Mittel wird sich das über die große Anzahl der Atome
ausgleichen. Am Ende wird man von dem Rauschen nicht mehr sehr viel sehen.
> Es würde mir ja schon reichen zu wissen, ob es eher 0,1% oder 10%
> rauscht...

0,1% => 30dB SNR
10% => 10dB SNR

Das SNR ist bezogen auf die optische Leistung.)

Das Rauschen wird um einige Größenordnungen kleiner sein, deswegen auch
diesen extremen Messaufwand. Ich werfe mal besser als 100dB SNR in den
Raum.
Man muss auch bedenken, das die Energiequelle auch so rauschfrei wie
möglich sein sollte.

MfG
Holger

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BID = 584833

Ltof

Inventar



Beiträge: 9325
Wohnort: Hommingberg

Dann hast Du eine ganz andere Zielsetzung. Statt das Rauschen messen zu wollen, geht es um Speckle-Unterdrückung.

Es gibt spezielle Speckle-reduzierte Laserstrahlquellen für Mikroskopie.

Gruß,
Ltof

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„Schreibe nichts der Böswilligkeit zu, was durch Dummheit hinreichend erklärbar ist.“
(Hanlon’s Razor)

BID = 584836

high_speed

Schreibmaschine



Beiträge: 2073

Hallo Ltof,

du hast es.
Ich habe mal wieder an was ganz anderes gedacht. Warum?
Ich dachte die Probe sollte durch das Licht angeregt werden und
sollte sie auf irgendeine Weise darauf reagieren.
Die Rauschreduzierung, da die Reaktion sehr klein ist.

Bekommst , da du das eigendliche Problem gesehen hast.
Manchmal sieht man den Wald vor lauter Bäumen nicht.

MfG
Holger

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