Dans la recherche scientifique moderne, les communications et l'analyse des matériaux, les analyseurs de spectre et les analyseurs de spectre optique sont des instruments de mesure de précision essentiels. Bien que leurs noms se ressemblent et qu'ils traitent tous deux de “spectres”, ils opèrent dans des domaines totalement différents du spectre électromagnétique. Il est essentiel de comprendre la distinction entre les deux pour choisir le bon instrument pour votre application.
Un analyseur de spectre optique mesure et analyse les signaux optiques, c'est-à-dire les rayonnements électromagnétiques dans les domaines de l'infrarouge, du visible et de l'ultraviolet. Il montre comment la puissance d'un signal lumineux varie en fonction de la longueur d'onde (ou de la fréquence). Les paramètres clés comprennent la longueur d'onde centrale, la plage de longueurs d'onde (largeur de bande), la résolution spectrale (la capacité à séparer des longueurs d'onde très proches) et la plage dynamique. Les mesures sont généralement exprimées en nanomètres (nm) ou en térahertz (THz).
Les OSA sont des outils indispensables pour la communication par fibre optique, la caractérisation des lasers et le test des dispositifs optiques.
Un analyseur de spectre, quant à lui, se concentre sur les signaux électriques dans les domaines des radiofréquences (RF) et des micro-ondes. Il mesure la façon dont la puissance du signal est répartie sur la fréquence. Les plages de fonctionnement typiques commencent à quelques kilohertz (kHz) ou mégahertz (MHz) et peuvent atteindre des centaines de gigahertz (GHz) ou même la région des térahertz (THz) avec des modules spécialisés. Les paramètres clés sont la gamme de fréquences, la largeur de bande de résolution (RBW), la largeur de bande vidéo (VBW), le niveau de bruit moyen affiché (DANL) et le bruit de phase. Les analyseurs de spectre sont donc des instruments fondamentaux pour la surveillance et l'analyse des radiofréquences, ainsi que pour le test des systèmes sans fil.
Outre l'objet qu'ils mesurent, leurs principes de fonctionnement diffèrent également.
La plupart des OSA fonctionnent sur la base d'un réseau de diffraction ou d'un interféromètre :
- OSA par réseau: Utilise un réseau de diffraction pour séparer la lumière par longueur d'onde. Le réseau ou le détecteur se déplace de manière à ce que les différentes longueurs d'onde soient dirigées séquentiellement vers un photodétecteur (par exemple, une photodiode) pour la mesure de la puissance.
- OSA basée sur l'interférométrie (FT-OSA): Utilise un interféromètre de Michelson pour produire une figure d'interférence, qui est ensuite transformée par Fourier pour obtenir la distribution spectrale. Cette approche offre une résolution et une sensibilité plus élevées.
Dans les deux cas, le signal optique est finalement converti en un signal électrique pour la mesure et l'affichage.
Les analyseurs de spectre modernes utilisent principalement l'architecture superhétérodyne :
- Mélange - Le signal d'entrée est mélangé avec le signal d'un oscillateur local interne (LO).
- Filtrage des fréquences intermédiaires (FI) - Le signal FI qui en résulte passe par un filtre de largeur de bande de résolution (RBW), qui détermine dans quelle mesure les fréquences les plus proches peuvent être résolues.
- Détection et affichage - Le signal FI filtré est traité par des détecteurs (crête, échantillon ou RMS) et affiché sous forme de puissance en fonction de la fréquence - le spectre de fréquence bien connu.
En outre, les analyseurs de spectre en temps réel basés sur la technologie de la transformée de Fourier rapide (FFT) sont conçus pour analyser les signaux transitoires ou non stationnaires, couramment utilisés dans la surveillance radio et les essais CEM.
Examinons ensuite les différences entre leurs scénarios d'application. Les analyseurs de spectre optique sont généralement utilisés dans les scénarios suivants :
- Caractérisation du laser (largeur de raie, longueur d'onde centrale, rapport de suppression des modes latéraux - SMSR)
- Analyse du spectre des LED
- Essais de communication par fibre optique (puissance des canaux WDM/DWDM, rapport signal/bruit optique - OSNR)
- Évaluation des filtres optiques et des amplificateurs
- Spectroscopie Raman et de fluorescence (avec configuration appropriée)
- Composition des matériaux et analyse structurelle
Les analyseurs de spectre sont utilisés dans :
- Essais de communication sans fil (émetteurs mobiles, stations de base, WiFi, Bluetooth)
- Analyse RF d'amplificateurs, de mélangeurs, de filtres et d'oscillateurs
- Essais de pré-conformité de la compatibilité électromagnétique (CEM) (émissions par rayonnement et par conduction)
- Analyse des signaux de communication radar et satellite
- Surveillance du signal et détection des interférences
- Utilisation dans les analyseurs de spectre portables pour la surveillance radio sur site et les essais sur le terrain
Choisir le bon instrument
L'utilisation d'un analyseur de spectre ou d'un analyseur de spectre optique dépend entièrement de la nature du signal :
Mesurer la lumière ?
Si vous travaillez avec des sorties de fibres optiques, des faisceaux laser ou des sources de lumière LED et que vous devez analyser la composition des longueurs d'onde (couleur, pureté spectrale, puissance du canal optique), choisissez un analyseur de spectre optique.
Mesurer des signaux électriques ?
Si vous analysez des signaux RF, micro-ondes ou ondes millimétriques transmis par des câbles ou des antennes, que vous étudiez les composants de fréquence, la puissance, la distorsion ou les sources d'interférence, vous avez besoin d'un analyseur de spectre.
Conclusion
Bien que les noms analyseur de spectre et analyseur de spectre optique ne diffèrent que par un mot, ils servent des quantités physiques et des gammes de fréquences distinctes :
Les analyseurs de spectre optique se concentrent sur la longueur d'onde et les propriétés spectrales de la lumière - essentielles pour les communications optiques, la technologie laser et la recherche sur les matériaux optiques.
Les analyseurs de spectre sont spécialisés dans l'analyse du domaine des fréquences RF et micro-ondes, qui constitue la base des communications sans fil, des radars et des tests CEM.
En comprenant ces différences fondamentales, les utilisateurs peuvent faire des choix éclairés et obtenir des résultats de mesure précis et efficaces, qu'il s'agisse d'une analyse RF précise ou d'une caractérisation avancée du spectre optique.