Dreidimensionale konfokale Absorptionsmessungen zur räumlichen ...

4. Experimenteller Aufbau
Signals. Dabei bedeutet z.B. ein S/R-Wert von 120 dB, dass der Rauschanteil 10 −6 mal
kleiner ist, als der von der Diode gemessenen Gleichanteil in V. Es gilt:
bzw.
S
R =
VDC
VAC(∆=1Hz)
� �
�
�
S
VDC
= 20 ∗ log
R dB
VAC(∆=1Hz)
(4.1)
(4.2)
Die rote und die blaue Kurve geben jeweils zwei unterschiedliche Messaufnahmen
wieder. Man sieht deutlich, dass in dem Rauschspektrum ausgeprägte Frequenzen vorhanden
sind, bei denen das Verhältnis S um über 30 dB kleiner ist. Dies entspricht einer
R
verminderten Nachweisempfindlichkeit von einem Faktor über 30. Die Ursache für diese
ausgeprägten Störfrequenzen liegen in dem Aufbau dieses Lasertyp begründet. Diese
Art von Gaslasern wird mit einem Schaltnetzteil betrieben, dass für die Hochspannung
in dem Glaskolben des Laserresonators zuständig ist. Diese Schaltnetzteile bzw. deren
Bauelemente arbeiten typischerweise mit Arbeitsfrequenzen im Bereich von 20-30 kHz.
Als Folge findet man diese Arbeitsfrequenzen als zusätzliche kleine Modulationen in
der Intensität der Laserstrahlung wieder. In dem Niederfrequenten Bereich bis ca. 15
kHz erkennt man das sog. 1/f-Rauschen, dass erst oberhalb einer gewissen Grenzfrequenz
f in ein frequenzunabhängiges weißes Rauschen übergeht (ohne Berücksichtigung
der Störfrequenzen des Netzteils). Im Idealfall geht dann dieses Rauschen in das sog.
Photonenrauschen über, dass einer Poissoin-Verteilung in der Intensität folgt und nur
quantenmechanisch bedingt von der Intensität abhängt.
Oberhalb dieser Grenzfrequenz gilt für die Unsicherheit oder auch für die Varianz
∆NP hotonen, dass eine gewisse Anzahl an Photonen NP hotonen in einem Zeitbereich ∆t
auf die Fläche eines Detektors fallen und dabei detektiert werden [37]:
�
∆NP hotonen =
NP hotonen
(4.3)
Werden nun die Messungen bei Frequenzen oberhalb dieser Grenzfrequenz durchgeführt,
so lassen sich sog. Photonenlimitierte Messungen durchführen. Dies bedeutet im
einzelnen, dass die Empfindlichkeit einzig durch die Statistik der emitierten Photonen
limiert ist und man damit an eine fundamentale Grenze der Messempfindlichkeit stößt.
4.4. Zusammenfassung
In dem vorliegenden Kapitel wurde der Aufbau eines experimenteller Messplatz beschrieben,
der es ermöglicht die einzelnen Vorhersagen aus dem voherigen Kapitel zu überprüfen.
Einzelne exemplarische Messungen werden in dem nächsten Kapitel besprochen.
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