[MegaVolt 25]

Добрый день. 
Может есть крутые физики которые подскажут.

1. Есть земная поверхность и свет солнца отражённый он неё. Оптический спектр и его характер известны.

2. Мы вырезаем из спектра некую узкую полосу шириной пару нм.

3. Ставим фотодиод.

4. Как я понимаю на фотодиоде будет некий шум. Вот что можно сказать про этот шум? Его распределение? Характер?

Ну или иными словами интегральный уровень засветки после оптического фильтра вычислить можно. Но это мощность. Как понять как она распределена по спектру электрическому?
 

[Lmx2315 2]

Оцифруйте ваш сигнал в нужной вам полосе и посмотрите, думаю будет мощностной спектр белого шума от нуля и до конца полосы пропускания фотоприёмника, т.е. ровная шумовая полка ограниченная сверху по частоте полосой пропускания.

[khach 33]

Почему шум? Просто постоянный уровень сигнала, медленно меняющийся от движения Солнца по небу, и более быстрые флуктуации от облаков, птичек, пыли и прочей гадости летающей.

[MegaVolt 25]

44 минуты назад, Lmx2315 сказал:

Оцифруйте ваш сигнал в нужной вам полосе и посмотрите, думаю будет мощностной спектр белого шума от нуля и до конца полосы пропускания фотоприёмника, т.е. ровная шумовая полка ограниченная сверху по частоте полосой пропускания.

Вопрос чуть другой. Зная отражающую способность поверхности и оптическую мощность спектра мы можем найти мощность шума в оптической полосе. Если считать что шум белый то он должен иметь бесконечную энергию. Раз энергия конечна то шум должен быть ограничен физикой а не фотоприёмником.

10 минут назад, khach сказал:

Почему шум? Просто постоянный уровень сигнала, медленно меняющийся от движения Солнца по небу, и более быстрые флуктуации от облаков, птичек, пыли и прочей гадости летающей.

Вот практика говорит что шум возрастает в зависимости от поверхности и именно ВЧ шум без постоянки.

[khach 33]

Чтобы добраться до дробового шума фотонов надо очнеь сильно сужать полосу пропускания. На это способны только многосеточные монохроматоры, что весьма громоздкие и дорогие устройства. И то этот шум потонет в тепловых шумах фотоприемника ( фотодиода или фотоумножителя) . Чтобы реально зафикисровать дробовой шум фотонов нодо приемник охлаждать до теперартур жидкого азота и ниже.

[Lmx2315 2]

23 минуты назад, khach сказал:

Почему шум? Просто постоянный уровень сигнала, медленно меняющийся от движения Солнца по небу, и более быстрые флуктуации от облаков, птичек, пыли и прочей гадости летающей.

Да вы правы, я чушь написал. Возьмём к примеру солнечную батарею - она же постоянку медленно меняющуюся во времени выдаёт, а не дельта импульсы.

[_pv 52]

20 minutes ago, MegaVolt said:

то он должен иметь бесконечную энергию

можно взять прилетающий 1кВт/м^2 помножить на площадь фотодиода и поделить на пару эВ средней длины волны (2*1.6e-19) 

там получится что фотонов столько в фотодиод прилетает даже после вырезания полосы в 2нм, что единица на корень из их числа, которая шуметь имеет право относительно общего количества, будет ничтожна по сравнению с шумами самого фотодиода, солнышко опять же большое и флуктуации светового потока после усреднения по всему источнику вряд ли будет видно в спектре на выходе фотодиода.

[Plain 168]

Будет такой же розовый.

[MegaVolt 25]

Спасибо вам 🙂 Я чуть больше стал понимать что я спрашиваю и то что вы все в принципе правы. По этому уточню вопрос.

Мы имеем некий узкополосный источник света с постоянной мощностью.
При засветке им идеального фотодиода (без собственных шумов) мы получим не выходе не постоянный ток. А постоянный плюс шум. Шум вызван тем что фотоны прилетают неравномерно.

Вот собственно вопрос каков характер спектра (FFT) этого шума прилетающих фотонов??

На счёт видно их или невидно я точно могу сказать что у меня было устройство которое неплохо видело шум солнца. Вопрос только в том что площадь была десятки метров и по этому он выходит достаточно большой и без охлаждения приёмника.

[MegaVolt 25]

3 часа назад, Plain сказал:

Будет такой же розовый.

А можно чуть больше деталей? Почему розовый?

Пишут что шум вызванный дискретностью зарядов является дробовым. И соответственно это белый шум и как следствие равномерный спектр...

[vervs 24]

22 минуты назад, MegaVolt сказал:

Пишут что шум вызванный дискретностью зарядов является дробовым.

Для самих зарядов - да, но т.к. их много (оценка была дана выше ув. _pv), то шум в основном определяется источником, т.е. солнечным излучением с розовым спектром.

[khach 33]

9 часов назад, MegaVolt сказал:

На счёт видно их или невидно я точно могу сказать что у меня было устройство которое неплохо видело шум солнца. Вопрос только в том что площадь была десятки метров и по этому он выходит достаточно большой и без охлаждения приёмника.

Могу предположить, что предидущее устройство видело шум в РЧ диапазоне. Ну так ответ-посмотрите на спектр излучения абсолютно черного тела при температуре 6000К, вернее на его "хвост" в далеком ИК диапазоне.

Ну еще можно обсудить РЧ шумы магнитосферы Солнца, которые  в закон излучения Планка не укладываются.

Фотонов будет слишком много, чтобы шумы эти увидеть простым детектором типа фотодиода. Хотя если очень сильно ослабить свет оптическим аттенюатором, при этом даже полосу сигнала резать не нужно, то шумовой поток фотонов отлично видно фотоумножителем в режиме счета фотонов. Вот только не каждый фотоумножитель такое умеет.  Хамамацу такие делает. Вот можно поиграться симулятором по поводу шумов.

https://www.hamamatsu.com/eu/en/resources/interactive-tools/photon-counting-snr-simulator.html

 

[_pv 52]

2 hours ago, khach said:

Могу предположить, что предидущее устройство видело шум в РЧ диапазоне. Ну так ответ-посмотрите на спектр излучения абсолютно черного тела при температуре 6000К, вернее на его "хвост" в далеком ИК диапазоне.

Ну еще можно обсудить РЧ шумы магнитосферы Солнца, которые  в закон излучения Планка не укладываются.

это не те частоты, к этим "хвостам" фотоприёмник не чувствителен, вопрос скорее про флуктуации амлитуды в заданной узкой оптической полосе.

12 hours ago, MegaVolt said:

На счёт видно их или невидно я точно могу сказать что у меня было устройство которое неплохо видело шум солнца. Вопрос только в том что площадь была десятки метров и по этому он выходит достаточно большой и без охлаждения приёмника.

не очень понятно про десятки метров, это так-то десятки кВт принимаемой мощности с вопросами к быстродействию "приёмника", в какой полосе шум?

[MegaVolt 25]

11 часов назад, _pv сказал:

не очень понятно про десятки метров, это так-то десятки кВт принимаемой мощности с вопросами к быстродействию "приёмника", в какой полосе шум?

Десятки метров это поле зрения оптики. Т.е. весь свет с площади диаметром 50м собирался в один фотоприёмник. Полоса 60Мгц. Я явно видел ско шума 1..3нВт приведённое ко входу. 

14 часов назад, khach сказал:

Фотонов будет слишком много, чтобы шумы эти увидеть простым детектором типа фотодиода.

Но как я понимаю это не мешает им шуметь с амплитудой в корень из числа фотонов.

20 часов назад, vervs сказал:

Для самих зарядов - да, но т.к. их много (оценка была дана выше ув. _pv), то шум в основном определяется источником, т.е. солнечным излучением с розовым спектром.

Где можно глянуть про солнечное излучение? По каким словам гуглить?

[_pv 52]

5 hours ago, MegaVolt said:

Десятки метров это поле зрения оптики. Т.е. весь свет с площади диаметром 50м собирался в один фотоприёмник. Полоса 60Мгц. Я явно видел ско шума 1..3нВт приведённое ко входу. 

Но как я понимаю это не мешает им шуметь с амплитудой в корень из числа фотонов.

на площадь диаметра 50м от солнца прилетает 2МВт мощности (что ж это за приёмник в который столько засунуть можно, тут вот абсорберы синхротронного излучения в ускорителе, что какую-то несчастную сотню кВт принимают, и то там наворочено ужос-ужос какой-то с отводом тепла просто от куска меди, а тут фотоприёмник),

или 6e24 фотонов в секунду, и 3e-13 часть из них будут шуметь, в секунду. а если смотреть в полосе 60МГц т.е. за 15нс, то 3e-9 часть,

а 2нВт от 2МВт это 1e-15.

т.е. почти 6 порядков, да ещё в квадрате, где-то потерялись

а если 2нВт действитльно только дробовой шум то в полосе 60МГц, это должен быть дробовой шум от принимаемых  мкВт, а не от 2МВт. ну либо оптическая полоса приёмника настолько узкая.