Nella moderna ricerca scientifica, nelle comunicazioni e nell'analisi dei materiali, gli analizzatori di spettro e gli analizzatori di spettro ottico sono strumenti di misura di precisione essenziali. Sebbene i loro nomi suonino simili ed entrambi si occupino di “spettri”, operano in domini completamente diversi dello spettro elettromagnetico. Capire la distinzione tra i due è fondamentale per scegliere lo strumento giusto per la vostra applicazione.
Un analizzatore di spettro ottico misura e analizza i segnali ottici, ovvero le radiazioni elettromagnetiche nelle gamme dell'infrarosso, del visibile e dell'ultravioletto. Mostra come la potenza di un segnale luminoso varia con la lunghezza d'onda (o frequenza). I parametri chiave includono la lunghezza d'onda centrale, l'intervallo di lunghezze d'onda (larghezza di banda), la risoluzione spettrale (la capacità di separare lunghezze d'onda molto distanti) e la gamma dinamica. Le misure sono tipicamente espresse in nanometri (nm) o terahertz (THz).
Gli OSA sono strumenti indispensabili per la comunicazione in fibra ottica, la caratterizzazione dei laser e il test dei dispositivi ottici.
L'analizzatore di spettro si concentra invece sui segnali elettrici nei domini della radiofrequenza (RF) e delle microonde. Misura la distribuzione della potenza del segnale sulla frequenza. Le gamme operative tipiche partono da pochi kilohertz (kHz) o megahertz (MHz) e possono raggiungere centinaia di gigahertz (GHz) o addirittura la regione dei terahertz (THz) con moduli specializzati. I parametri chiave includono la gamma di frequenza, la larghezza di banda di risoluzione (RBW), la larghezza di banda video (VBW), il livello medio di rumore visualizzato (DANL) e il rumore di fase. Ciò rende gli analizzatori di spettro strumenti fondamentali per il monitoraggio e l'analisi RF e per il collaudo di sistemi wireless.
Oltre all'oggetto che misurano, anche i loro principi di funzionamento differiscono.
La maggior parte degli OSA si basa su un reticolo di diffrazione o su un interferometro:
- OSA a reticolo: Utilizza un reticolo di diffrazione per separare la luce in base alla lunghezza d'onda. Il reticolo o il rilevatore si muove in modo che le diverse lunghezze d'onda siano dirette in sequenza a un fotorivelatore (ad esempio, un fotodiodo) per la misurazione della potenza.
- OSA basata su interferometro (FT-OSA): Utilizza un interferometro di Michelson per produrre un modello di interferenza, che viene poi trasformato in Fourier per ottenere la distribuzione spettrale. Questo approccio offre una maggiore risoluzione e sensibilità.
In entrambi i casi, il segnale ottico viene infine convertito in un segnale elettrico per la misurazione e la visualizzazione.
I moderni analizzatori di spettro utilizzano principalmente l'architettura supereterodina:
- Miscelazione - Il segnale di ingresso viene miscelato con un segnale dell'oscillatore locale (LO) interno.
- Filtraggio a frequenza intermedia (IF) - Il segnale IF risultante passa attraverso un filtro di larghezza di banda di risoluzione (RBW), che determina la risoluzione delle frequenze a distanza ravvicinata.
- Rilevamento e visualizzazione - Il segnale IF filtrato viene elaborato dai rilevatori (picco, campione o RMS) e visualizzato come potenza rispetto alla frequenza, il noto spettro di frequenza.
Inoltre, gli analizzatori di spettro in tempo reale basati sulla tecnologia della trasformata rapida di Fourier (FFT) sono progettati per l'analisi di segnali transitori o non stazionari, comunemente utilizzati nel monitoraggio radio e nei test EMC.
Analizziamo quindi le differenze nei loro scenari applicativi. Gli analizzatori di spettro ottico sono tipicamente utilizzati nei seguenti scenari:
- Caratterizzazione del laser (larghezza di linea, lunghezza d'onda centrale, rapporto di soppressione dei modi laterali - SMSR)
- Analisi dello spettro dei LED
- Test di comunicazione in fibra ottica (potenza del canale WDM/DWDM, rapporto segnale ottico/rumore - OSNR)
- Valutazione dei filtri ottici e degli amplificatori
- Spettroscopia Raman e di fluorescenza (con configurazione adeguata)
- Composizione del materiale e analisi strutturale
Gli analizzatori di spettro sono utilizzati in:
- Test di comunicazione wireless (trasmettitori mobili, stazioni base, WiFi, Bluetooth)
- Analisi RF di amplificatori, mixer, filtri e oscillatori
- Test di pre-compliance sulla compatibilità elettromagnetica (EMC) (emissioni irradiate e condotte)
- Analisi dei segnali di comunicazione radar e satellitare
- Monitoraggio del segnale e rilevamento delle interferenze
- Utilizzo in analizzatori di spettro portatili per il monitoraggio radio in loco e i test sul campo
Scegliere lo strumento giusto
L'uso di un analizzatore di spettro o di un analizzatore ottico di spettro dipende interamente dalla natura del segnale:
Misurare la luce?
Se si lavora con uscite in fibra ottica, fasci laser o sorgenti luminose a LED e si deve analizzare la composizione delle lunghezze d'onda (colore, purezza spettrale, potenza del canale ottico), si deve scegliere un analizzatore di spettro ottico.
Misurare i segnali elettrici?
Se si analizzano segnali RF, a microonde o a onde millimetriche trasmessi tramite cavi o antenne, studiando i componenti di frequenza, la potenza, la distorsione o le sorgenti di interferenza, è necessario un analizzatore di spettro.
Conclusione
Sebbene i nomi analizzatore di spettro e analizzatore di spettro ottico differiscano solo per una parola, essi si riferiscono a quantità fisiche e gamme di frequenza distinte:
Gli analizzatori di spettro ottico si concentrano sulla lunghezza d'onda e sulle proprietà spettrali della luce, fondamentali per le comunicazioni ottiche, la tecnologia laser e la ricerca sui materiali ottici.
Gli analizzatori di spettro sono specializzati nell'analisi del dominio delle frequenze RF e a microonde e costituiscono la base delle comunicazioni wireless, dei radar e dei test EMC.
Comprendendo queste differenze fondamentali, gli utenti possono fare scelte informate e ottenere risultati di misura accurati ed efficienti, sia che si tratti di analisi RF precise che di caratterizzazione avanzata dello spettro ottico.