Fényzaj

Fényzaj, vagy shot noise, a fény intenzitásának véletlenszerű fluktuációja, amely a fény kvantumtermészetéből adódik. Amikor fotonok érkeznek egy detektorra, az érkezés időben és számban is véletlenszerű, ami zajos jelet eredményez szkennelt vagy időfelbontású méréseknél. A jelenség alapvetően elválasztható a fényforrás tényleges stabilitásától és a detektálási folyamatból származó egyéb zajoktól, de fundamentális korlátot jelent a fényérzékelésben.

Kialakulásuk szerint a fényzajt két fő típusra osztható: a fundamentális fotonszámlálási zajra (shot noise), amely a fotonok diszkrét érkezéséből adódik, és a forrás- vagy technikai zajokra, mint például a fényforrás intenzitásának vagy a detektor kijelzőjének instabilitása okozta hibák. A források között megkülönböztethető a koherens fény (például lézer) és a temikus/kaotikus fény (például egy izzó lámpa) zajprofilja: a koherens fény közel Poisson-eloszlást követ, míg a temikus fény esetén a foton-szám varianciája nagyobb lehet (Bose–Einstein eloszlás).

Mennyiségi jellemzők tekintetében, ha az átlagos fotonáram λ, a fotonok számlálásának szórása hozzávetőleg √λ, így a relatív zaj 1/√λ. Ezért a fényesebb beállításokban a fényzaj arányosan kisebb, és a detektálási érzékenység közelebb kerül a zajlimithez. A fényzaj fontos korlát a csillagászati megfigyeléseknél, kvantumoptikában és más érzékelő-alkalmazásoknál, ahol a lehető legnagyobb érzékenységre törekszenek.