チョッパーの周波数の決め方について

質問

よく光学系の装置でチョッパーとロックインアンプを使ってSN比を上げるということが行われているようなのですが、このチョッパーの設定周波数の決め方について教えて下さい。

・よく論文では使用する光の波長より少し長い（周波数の小さい）周波数で用いられているようなのですが、もしこれが光の周波数を超えるとどうなるのでしょうか？

・この設定周波数についてですが、高いほどSN比が上がるのでしょうか？それとも特に何も考慮せずに設定するものなのでしょうか？

回答No.1

tance · ベストアンサー

ロックインアンプとチョッパで微少な光を検出することはよく行われて
いますが、チョッパ周波数は多くの場合1kHzとかそのオーダー以下です。

光の周波数を超えるとどうなるか・・・とのことですが、光の周波数を
超えるチョッパ周波数なんて絶対に無理です。ちなみに可視光の周波数は
300M(m/s) / 500n(m) = 600T(Hz) です。ミリ波が100GHzのオーダーです
から、その6000倍の周波数です。

一方、ロックインアンプはせいぜい100kHz以下までしか扱えません。

光をチョッピングする部分も、頑張って40GHzどまりです。普通はメカ
ニカルなシャッタでチョッピングするので、数100Hzのものが多いです。

何か根本的に誤解されているのではないでしょうか。チョッピングに
よってどうしてS/Nが上がるか、何のためにチョッピングするのかを
もう一度確認されることをお奨めします。

お礼

すいません、光の速度を超えるというのは計算間違いをしておりました。

いま手元にある論文にも700Hzと書かれていました。
ロックインアンプの限界は100kHzとして、
0Hzから100kHzまであるのになぜこのような周波数を選ぶのでしょうか？
30Hzや50kHzだとS/Nが悪くなるのでしょうか？

回答No.3

walkingdic

何らかの信号をとりたいわけですよね。
その信号の周波数よりは高い周波数でチョッパーする必要があるのはわかりますよね。これでチョッパーの下限の周波数が決まります。
では上はどうなのかというと、信号の周波数より高い周波数までとるようにするのは明らかに無駄です。その場合単にノイズを増やすことになるからです。得たい信号周波数より広帯域にするということは、ノイズもそれだけ高い周波数まで信号増幅することになるからです。

つまり必要以上に周波数を上げてもＳ／Ｎが下がるだけなので、欲しい周波数までの分までにすればよいのです。

回答No.2

tance

tanceです。

光のチョッパは多くの場合、メカニカルなシャッタで光を断続するもの
ですから、その周波数はメカの都合で決まることが多いです。本当は
もっと速くしたいのにメカの限界で周波数が決まる、というわけです。

回転羽や音叉などでチョッピングを行うとどうしても数100Hzどまりに
なってしまいます。もし、50kHzで動くシャッターがあったとすると
それだけ高速応答の信号が得やすいですが、もうひとつ考慮が必要な点が
ノイズです。ノイズは信号の帯域で決まります。600HZ～700Hzの100Hzの
帯域と、50kHz～50.1kHzの100Hzの帯域とで比べるとどちらも同量の
ノイズを含みます。（1/fノイズや、特定の固定周波数の外来ノイズも
あるので、厳密には同じではありません）

また、帯域が同じなら信号の応答速度も同じです。たとえば、信号が
突然大きくなったとすると、ロックインアンプ出力の立ち上がり時間は
帯域が同じなら同じになります。ただ、一般的には700Hzより50kHzの
方が帯域が広くなる傾向があります。（フィルタの傾斜率が同じなら）

つまり、もし50kHzでシャッターが動作したとしても、ノイズを抑える
ために帯域を狭めることになるのなら、シャッターを無理して速くする
必要はない訳です。