周波数帯域帯とは

質問

レーザーの光をピンホールに通して、フォトダイオードを使用してレーザー光の強度分布を測定しようとしているのですが、フォトダイオードの雑音特性を考える際に出てくる、測定周波数帯域帯とは何ですか？
お教えください。
また、このレーザーの強度分布測定における測定周波数帯域帯はどれくらいになるのでしょうか？
よろしくお願いします。

回答No.4

nzw

>高周波成分を取り込む必要がないというのはどういうことでしょうか？

フーリエ変換は学習されましたか？基本的に、任意の時間的に変化する信号は、直流成分と、様々な周波数の正弦波に分解できます。急激に変化する信号ほど、高い周波数成分を多く含みます。また、もともとの信号に含まれている高周波成分を無視して測定してしまうと、細かい時間変化を再現することができなくなります。

たとえば、高速光通信における信号の受光などでは、非常に短い時間の変化を見なければいけませんので、高い周波数が含まれるように測定する必要があります。

これに対し、レーザー強度の角度分布を見るという問題の場合、たぶん測定したいのは強度の平均値であり、時間変化を追いかける必要はないはずです。量子力学の原理上、いくら理想的なレーザー発振をさせて、ノイズの少ない増幅器で測定しても、強度は必ず揺らいでいます。つまり短い時間変化が必ず存在しますが、こういった時間変化は無視して、強度の平均値だけを求めたいのであれば、周波数の高い成分を測定する必要はないということです。

この辺りの話は、先に紹介した資料に詳しく書かれています。

回答No.3

nzw

たぶん、質問者さんは、レーザーダイオードの周波数特性を見たいのではなくて、どれだけ微小な信号が測定にかかるかという見当をする際に、NEP(Noise Equivalent Power)等に初めて出くわして、戸惑っているのじゃないかな？
（的確な回答を得るためにも、推測があっているのか、的外れなことを言っているのか、できれば積極的に返答をしてください）

測定帯域幅というのは、どれだけの周波数の範囲の信号を取り込むかということです。この帯域幅は、基本的には、どのような回路（特に増幅回路）・方法で取り込むかによって変わります。

レーザーの強度分布測定の場合、多分、発振強度一定での測定をされたいのだと思います。この場合、高周波成分を取り込む必要はほとんどないはずです。ですから、適切な方法で帯域を制限して測定してやれば、より微小な信号まで測定できるようになります。

ノイズを考慮した微小信号測定については、東大の三尾先生の講義ノートがわかりやすいでしょう。

・物理実験の基礎第一
http://hagi.k.u-tokyo.ac.jp/~mio/note/labwork/index.html
・微小信号計測について
http://hagi.k.u-tokyo.ac.jp/~mio/note/sig_mes/index.html

あとは、フォトディテクターを製造している会社が、よく解説文を書いています。私の手元にあるものですと、浜松ホトニクスの
・技術資料SD-12　赤外線検出素子の特性と応用
という資料に分かりやすく書いてあるのですが、どうも今はWEBで公開していないようです。また、同様な資料は他社でもたいてい用意しています。

光検出・測定・ノイズの教科書ということであれば、

Mark Johnson, Photodetection and Measurement; Maximizing Permormance in Optical Systems, McGraw-hill, ISBN 0-07-140944-0

などがあります。

補足

回答ありがとうございます。nzwさんのおっしゃる通り、NEPに出くわし戸惑っております。増幅の方法は、電流-電圧変換回路（トランス・インピーダンス回路）を使用するつもりです。
高周波成分を取り込む必要がないというのはどういうことでしょうか？
お教えください。

回答No.2

tadys

雑音がランダム雑音の場合雑音のエネルギーは周波数帯域に比例します。
ですからどんな帯域で測定したかを明らかにしておかないと意味のないデータになってしまいます。
帯域制限フィルターを使った場合にはフィルターの特性なども影響します。

スペアナなどで測定する場合にはスペアナの型名、使用した設定などを記録しておけば良いでしょう。

＞レーザーの強度分布測定における測定周波数帯域帯はどれくらいになるのでしょうか？
こちらについては知りません。参考になる論文などを探してください。

回答No.1

nrb

レーザーの光の周波数帯域帯の定義は無いです

ただ、電波法での周波数帯域帯は、電力が９９％になる周波数帯域帯を言います