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Tiro de ruido a altas frecuencias (puede realmente ser ruido blanco ideal?)

Quantum ruido de disparo (ya sea óptico de intensidad de ruido o ruido de la corriente eléctrica), descrito por el ruido de la densidad espectral de $2 e I$ (eléctricamente) o $2 h \nu P$ (ópticamente).

Por lo que es ruido blanco. Sé que esto básicamente proviene de la derivación, donde el modelo de electrones o fotones de eventos como infinitamente corto (con delta impulsos). Ver, por ejemplo, Eq 1 en http://123.physics.ucdavis.edu/shot_files/ShotNoise.pdf.

$$I(t)=\sum_j q \;\delta(t-t_j)$$

Hasta ahí todo bien, pero esto puede ser cierto en un sentido exacto? Una consecuencia podría ser que con el crecimiento de ancho de banda, la fluctuación (varianza) crece indefinidamente. Que no puede ser físicamente correcto.

Así las cosas, me gustaría saber específicamente:

  • Existen resultados experimentales donde el ruido espectral de la densidad de ruido de disparo se mide? Por ejemplo, si hay un (distinto de cero) el tiempo de tránsito de los electrones, podemos ver algunas cosas interesantes que suceden en el ruido de la densidad de la inversa del tiempo de tránsito. algo como esto se ha observado?

  • Hay un "más correcto" (física cuántica) la teoría a la deriva ruido de disparo? I. e. da la correcta densidad espectral? Si sí, ¿qué es y cuál es la idea detrás de la teoría?

  • Puede haber una razón fundamental por la que es imposible medir el ruido de disparo a altas frecuencias? por ejemplo, hay un límite fundamental para el producto ganancia ancho de banda de los amplificadores (con la cual pudimos observar el ruido de disparo en arbitraria de frecuencias, por ejemplo, un diodo)?

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DanielSank Puntos 9248

Existen resultados experimentales donde el ruido espectral de la densidad de ruido de disparo se mide?

Absolutamente, sí. Aquí son sólo algunos de los experimentos de medición de co-llamado "quantum ruido de disparo":

R. J. Schoelkopf, P. J. Burke, R. A. Kozhevnikov, D. E. Prober, y M. J. Torres, physical Review Letters, Vol 78, Nº 17, pág. 3370, abril de 1997.

A. A. Kozhevnikov, R. J. Schoelkopf, y D. E. Prober. Physical Review Letters, Vol 84, Nº 15, Abril De 2000

R. J. Schoelkopf, A. A. Kozhevnikov, D. E. Prober, M. J. Torres. Physical Review Letters, Vol 80 Nº 11, Marzo De 1998

Disertación sobre el ruido de disparo termometría [PDF]

Por ejemplo, si hay un (distinto de cero) el tiempo de tránsito de los electrones, podemos ver algunas cosas interesantes que suceden en el ruido de la densidad de la inversa del tiempo de tránsito. Algo como esto se ha observado?

Sí, lo observamos todos los días. Si la carga de pulsos inducida por electrones que fluyen en los circuitos eran realmente delta funciones, entonces como ustedes saben, el ruido de la densidad espectral sería constante (es decir, ruido blanco). Eso significaría que hay una cantidad infinita de energía en el ruido. Esto es obviamente absurdo. La densidad espectral se reduce al alejarse del ruido blanco límite de como llegar a frecuencias mayores de $1/T$ donde $T$ es la característica de la anchura de los electrones de la forma de pulso. En convencionales de electrónica de consumo, esas formas de pulso son determinados por el distinto de cero, la resistencia y la capacitancia de los circuitos que actúan como filtros.

Miré a mi alrededor para ver si podía encontrar una parcela de la inyección de ruido medido en un tubo de vacío del circuito, de modo que usted puede ver realmente cómo la densidad espectral sale a frecuencias más altas, pero no he encontrado exactamente lo que yo quería sin embargo,$^{[a]}$. Si usted mira alrededor, usted puede encontrar algo bueno.

Hay un "más correcto" (física cuántica) la teoría a la deriva ruido de disparo? E. g. da la correcta densidad espectral? Si sí, ¿qué es y cuál es la idea detrás de la teoría?

Ahora que te estás metiendo algo sutil. Lo que la gente llama "quantum ruido de disparo" no es lo mismo que lo que uno se imagina cuando se dibuja la imagen de hechas al azar pulsos que viajan por el cable. El término "ruido de disparo" tiene más sentido en una clásica situación donde tirar una mano llena de disparo (pequeñas gotas en el aire y deje caer en el suelo. Como la tierra, se obtiene un azar del tren de pulsos de sonido. Estos sonidos de pulsos puede ser pensado como un ruido cuya densidad espectral puede ser calculado a partir del conocimiento de las formas de pulso (que no funciones delta) y las estadísticas de los tiempos de llegada (por ejemplo, promedio de 5 fotos por segundo, con distribución de Poisson en el tiempo). Ese es el clásico ruido de disparo ya sabes acerca de.

En la mecánica cuántica, si usted se sienta allí con un contador de fotones en frente de un rayo láser, su contador haga clic en momentos al azar. Esto tiene que ver con la naturaleza fundamental de la mecánica cuántica y lo que sucede cuando usted mide el haz de láser: su detector de chupa un fotón de que el rayo láser, y esto ocurre al azar, pero estadísticamente se puede describir el tiempo. Este "ruido" que se llama "quantum ruido de disparo" y no es realmente la misma cosa que el ruido de disparo que hemos discutido anteriormente. Son similares porque ambos implican aleatoria de los tiempos de llegada de pequeñas señales, pero los orígenes son tan diferentes que me molesta que estos son llamados de la misma cosa. Un canónica de papel en quantum ruido de disparo es este artículo de revisión por Aash Escribano et al.

Puede haber una razón fundamental por la que es imposible medir el ruido de disparo a altas frecuencias? por ejemplo, hay un límite fundamental para el producto ganancia ancho de banda de los amplificadores (con la cual pudimos observar el ruido de disparo en arbitraria de frecuencias, por ejemplo, un diodo)?

En cualquier sistema real hay límites fundamentales. Por ejemplo, si hago un amplificador de silicio, a continuación, definitivamente no puedo usarlo en las frecuencias $f$ suficientemente alto como para que $h f$ es mayor que el silicio bandgap. La energía de las señales es suficiente para causar mi silicona para dejar de actuar como un buen semiconductores, así que mi circuito no funciona como fue diseñado. Hay otros problemas que entran en juego mucho antes de que uno, aunque. Incluso en frecuencias de alrededor de $10\,$GHz usted tiene problemas con la perdida de la capacitancia y la inductancia atornillar el de la electrónica. La cuestión fundamental no es que la inductancia de una pieza física de metal de dimensión lineal $d$ es aproximadamente igual a $L \approx \mu_0 d$ (análisis dimensional). La impedancia de un inductor es $Z = 2\pi f L$, así como elevar la frecuencia de su perdida de impedancia sube y lo que esperaba que fuera a actuar como un alambre que ahora está actuando como un inductor. Para solucionar esto puedes intentar rebajar $L$ mediante la reducción de $d$, E. g. reducción del dispositivo del tamaño físico, pero con el tiempo se ejecute fuera de la habitación. Hay un montón de otras fundamental limitaciones físicas como este.

$[a]$: El problema es que en los viejos tiempos cuando la gente hizo experimentos de física con los tubos de vacío se trazan las cosas de una manera que es difícil de asimilar.

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Nathan Feger Puntos 7675

Respecto a su segunda pregunta, el ruido de disparo para mediciones ópticas no surgen naturalmente cuando se consideran las ondas electromagnéticas para ser cuantificada. Es, en su forma más básica, la energía de punto cero de cada uno de los modos de la radiación.

Para citar Jeffrey Shapiro, a riesgo de ser sensacionalista,

Oscilador Local ruido de disparo es un semiclásica de la ficción; el ruido visto en homodyne de detección (con un ideal del oscilador local) es oscilador local quantum de ruido, además de n~l cuántica de ruido, además de la señal de ruido cuántico.

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