Amplitudenrauschen

Amplitudenrauschen bezeichnet zufällige, zeitliche Fluktuationen der Amplitude eines Signals um seinen nominalen Pegel. Es handelt sich um Störungen in der Amplitude, im Unterschied zu Phasenrauschen, das die Trägerphase beeinflusst. In vielen Systemen lässt sich Amplitudenrauschen als multiplikatives Rauschen modellieren: Ein Träger s(t) = A0 cos(ω0 t) wird beobachtet als [A0 + δA(t)] cos(ω0 t) ≈ A0 [1 + n(t)] cos(ω0 t), wobei n(t) = δA(t)/A0 die relative Amplitudenschwankung darstellt.

Ursachen: Amplitudenrauschen entsteht durch Fluktuationen der Signalquelle (z. B. Laserintensität, Verstärkungsfaktor), durch Bauteile (Detektoren, Modulatoren), durch Netzteile und Temperaturänderungen sowie durch stochastische Prozesse wie Shot Noise oder Flicker Noise. In der Optik wird häufig der Begriff Relative Intensity Noise (RIN) verwendet.

Eigenschaften und Auswirkungen: Amplitudenrauschen führt zu einer unstetigen Amplitude, vermindert das Verhältnis von nutzbarem Signal zu Hintergrundrauschen bei amplitude-modulierten Detektionsarten und begrenzt die Dynamik von Systemen. Im Frequenzbereich erscheint es als zusätzliche Leistungsdichte in der Amplitudenspektraldichte um den Träger; bei kleinen Rauschanteilen kann es als Rauschboden in der Amplitudenspektralfunktion auftreten.

Erfassung und Modellierung: Typischerweise wird Amplitudenrauschen durch die Amplitudenspektraldichte S_A(f) beschrieben oder durch eine zeitliche relative Fluktuation n(t) mit Mittelwert 0 und Varianz σ^2. Messmethoden umfassen Hüllkurvendetektion, Spektrumanalysatoren und Zeitreihenanalysen; oft kommen FFT-Analysen zusammen mit Messungen der Amplitudenspektraldichte zum Einsatz.

Reduzierung und Management: Maßnahmen umfassen Stabilisierung der Quelle und der Versorgung, Temperaturkontrolle, Abschirmung gegen Störfelder, automatische Verstärkungsregelung (AGC) und differenzielle oder balancierte Detektion sowie Filterung oder Feedback zur Amplitudenstabilisierung.