fotonskottbrus

Fotonskottbrus är en grundläggande källa till osäkerhet i mätningar som involverar detektering av ljus. Det uppkommer eftersom ljus består av enskilda fotoner som når en detektor vid olika tidpunkter, vilket gör antalet detekterade fotoner under en viss tidsperiod slumpmässigt. Denna osäkerhet följer Poissons sannolikhetsfördelning och kallas därför ofta fotonskottbrus.

Om fotonflödet Φ (fotoner per sekund) träffar detektorn med effektivitet η under en tidsperiod Δt kommer det förväntade antalet detekterade fotoner vara μ = ηΦΔt. Antalet observerade fotoner N följer då en Poisson-fördelning med väntevärde μ och varians var(N) = μ. Den relativa osäkerheten är 1/√μ. Vid högre photonflöden minskar den relativa brusdelen, medan lågintensiva källor lämnar en iögonfallande osäkerhet.

Fotonskottbrus utövar en betydande inverkan på imaging, astronomi och spektral mätning där mätningen ofta är begränsad av antalet tillgängliga fotoner. Den sätter en teoretisk gräns för signalkvalitet och bestämmer SNR, som generellt växer med √μ. Förutom Poissonprocessen hos själva fotonavetsningar kan även elektroniska bruskomponenter i en detektor bidra och tillsammans med fotonskottbrus förekomma i totalbruset.

Motstånd mot effekten uppnås genom att öka antalet fångade fotoner (längre integrationstid, större ljusstyrka eller större område), eller genom kvant-optiska metoder som squeezing som i vissa fall kan reducera shot noise i specifika quadraturer.