En la investigación científica moderna, las comunicaciones y el análisis de materiales, tanto los analizadores de espectro como los analizadores ópticos de espectro son instrumentos de medición de precisión esenciales. Aunque sus nombres suenan parecidos y ambos trabajan con “espectros”, operan en ámbitos completamente distintos del espectro electromagnético. Comprender la diferencia entre ambos es fundamental para seleccionar el instrumento adecuado para su aplicación.
Un analizador de espectro óptico mide y analiza las señales ópticas, es decir, la radiación electromagnética en las bandas infrarroja, visible y ultravioleta. Muestra cómo varía la potencia de una señal luminosa con la longitud de onda (o frecuencia). Los parámetros clave son la longitud de onda central, el rango de longitudes de onda (ancho de banda), la resolución espectral (la capacidad de separar longitudes de onda muy próximas) y el rango dinámico. Las mediciones suelen expresarse en nanómetros (nm) o terahercios (THz).
Los OSA son herramientas indispensables para la comunicación por fibra óptica, la caracterización de láseres y las pruebas de dispositivos ópticos.
Mientras que un analizador de espectro se centra en las señales eléctricas en los dominios de radiofrecuencia (RF) y microondas. Mide cómo se distribuye la potencia de la señal a través de la frecuencia. Los rangos de funcionamiento típicos empiezan en unos pocos kilohercios (kHz) o megahercios (MHz) y pueden alcanzar cientos de gigahercios (GHz) o incluso la región de los terahercios (THz) con módulos especializados. Los parámetros clave son la gama de frecuencias, el ancho de banda de resolución (RBW), el ancho de banda de vídeo (VBW), el nivel de ruido medio visualizado (DANL) y el ruido de fase. Esto convierte a los analizadores de espectro en instrumentos fundamentales para la supervisión y el análisis de RF y las pruebas de sistemas inalámbricos.
Además del objeto que miden, sus principios de funcionamiento también difieren.
La mayoría de los OSA funcionan mediante una rejilla de difracción o un interferómetro:
- OSA basado en rejillas: Utiliza una rejilla de difracción para separar la luz por longitudes de onda. La rejilla o el detector se mueven de forma que las distintas longitudes de onda se dirigen secuencialmente a un fotodetector (por ejemplo, un fotodiodo) para medir la potencia.
- OSA basada en interferómetros (FT-OSA): Utiliza un interferómetro de Michelson para producir un patrón de interferencia, que luego se transforma en Fourier para obtener la distribución espectral. Este método ofrece mayor resolución y sensibilidad.
En ambos casos, la señal óptica se convierte finalmente en una señal eléctrica para su medición y visualización.
Los analizadores de espectro modernos utilizan principalmente la arquitectura superheterodina:
- Mezcla - La señal de entrada se mezcla con una señal de oscilador local (LO) interno.
- Filtrado de frecuencias intermedias (FI) - La señal de FI resultante pasa por un filtro de ancho de banda de resolución (RBW), que determina lo cerca que pueden resolverse las frecuencias espaciadas.
- Detección y visualización - La señal de FI filtrada se procesa mediante detectores (pico, muestra o RMS) y se muestra como potencia frente a frecuencia, el conocido espectro de frecuencias.
Además, los analizadores de espectro en tiempo real basados en la tecnología de Transformada Rápida de Fourier (FFT) están diseñados para analizar señales transitorias o no estacionarias, utilizadas habitualmente en la monitorización de radiocomunicaciones y las pruebas de compatibilidad electromagnética.
A continuación, vamos a discutir las diferencias en sus escenarios de aplicación. Los analizadores de espectro ópticos suelen utilizarse en los siguientes casos:
- Caracterización del láser (ancho de línea, longitud de onda central, tasa de supresión de modo lateral - SMSR)
- Análisis del espectro LED
- Pruebas de comunicación por fibra óptica (potencia de canal WDM/DWDM, relación señal/ruido óptica - OSNR)
- Evaluación de filtros ópticos y amplificadores
- Espectroscopia Raman y de fluorescencia (con la configuración adecuada)
- Composición del material y análisis estructural
Los analizadores de espectro se utilizan en:
- Pruebas de comunicación inalámbrica (móvil, estación base, WiFi, transmisores Bluetooth)
- Análisis de RF de amplificadores, mezcladores, filtros y osciladores
- Pruebas de compatibilidad electromagnética (CEM) previas a la conformidad (emisiones conducidas y radiadas)
- Análisis de señales de radar y de comunicación por satélite
- Control de señales y detección de interferencias
- Uso en analizadores de espectro portátiles para la comprobación in situ de radiocomunicaciones y pruebas de campo
Elegir el instrumento adecuado
La decisión de utilizar un analizador de espectro o un analizador de espectro óptico depende totalmente de la naturaleza de la señal:
¿Medir la luz?
Si trabaja con salidas de fibra óptica, rayos láser o fuentes de luz LED y necesita analizar la composición de las longitudes de onda (color, pureza espectral, potencia del canal óptico), elija un analizador de espectro óptico.
¿Medición de señales eléctricas?
Si analiza señales de radiofrecuencia, microondas u ondas milimétricas transmitidas a través de cables o antenas -estudiando componentes de frecuencia, potencia, distorsión o fuentes de interferencia-, necesita un analizador de espectro.
Conclusión
Aunque los nombres analizador de espectro y analizador de espectro óptico sólo se diferencian por una palabra, sirven para magnitudes físicas y gamas de frecuencias distintas:
Los analizadores de espectro óptico se centran en la longitud de onda y las propiedades espectrales de la luz, vitales para las comunicaciones ópticas, la tecnología láser y la investigación de materiales ópticos.
Los analizadores de espectro están especializados en el análisis de frecuencias de RF y microondas, y constituyen la base de las pruebas de comunicaciones inalámbricas, radares y CEM.
Al comprender estas diferencias fundamentales, los usuarios pueden tomar decisiones informadas y obtener resultados de medición precisos y eficientes, ya sea realizando un análisis de RF preciso o una caracterización avanzada del espectro óptico.