Die Rauschzahl ist der Faktor, um den das Signal-Geräusch-Verhältnis von Eingang zu Ausgang einer Baugruppe verschlechtert wird. Die optimale Rauschzahl eines elektrischen Verstärkers ist Fe=1 und die optimale traditionelle Rauschzahl eines optischen Verstärkers ist Fpnf=2. Dieser unlösbare Konflikt ist der Tatsache geschuldet, dass ein elektrischer Empfänger In-Phase und Quadratur-Anteil eines elektrischen Trägers empfängt, während ein optischer Direktempfänger nur die Leistung, aber nicht die Phase eines optischen Trägers detektiert. Im selben Sinn verlangt die Messung von Fe elektrische Leistungen, proportional zu quadrierten Amplituden (Spannungen), während die Messung von Fpnf Quadrate und Varianzen von Photoströmen verlangt, proportional zu 4. Potenzen von Amplituden (Feldern). Fe und Fpnf zu vereinheitlichen für alle Frequenzen ist unmöglich.
Optische Verstärker verursachen Gaussrauschen des Feldes. Photodetektion verursacht Schrotrauschen.Kohärente optische Empfänger sind lineare Sensoren optischer Felder. Die Empfindlichkeit wird nicht verschlechtert, wenn ein idealer kohärenter I&Q-Empfänger einen idealen optischen Vorverstärker erhält, während Fpnf=2 eine Verschlechterung nahelegt. Kohärente I&Q- oder Heterodynempfänger haben zwei Quadraturen, und Ausgangsleistungen proportional zu quadrierten Amplituden (Feldern). Auf diese Weise hat man dieselbe Metrik in elektrischem und optischem Bereich. Man erhält eine optische I&Q-Rauschzahl Fo,IQ. Bei großer Verstärkung ist sie gleich Fpnf/2. In einem idealen Verstärker ist Fo,IQ=1. Für echte optische Homodynempfäger und für optische Direktempfänger mit Gaußnäherung kann Fo,IQ in Fpnf konvertiert werden und umgekehrt.
Es wird hergeleitet: Fe und die optische I&Q-Rauschzahl Fo,IQ sind Grenzfälle einer konsistenten einheitlichen Rauschzahl für alle Frequenzen. Sie ist gültig und anwendbar im elektrischen, thermischen und optischen Bereich.
Genaugenommen: Wenn die Rauschzahl als Zahl und nicht in dB angegeben ist, dann ist in Wirklichkeit der Rauschfaktor gemeint (= SNR-Quotient). "Rauschzahl" = (10 dB) * log10("Rauschfaktor").
Frei zugänglich:
Nachfolgeveröffentlichung https://ieeexplore.ieee.org/document/10433655
Erste Veröffentlichung https://doi.org/10.1109/JLT.2022.3212936
Video 29.11.2022 https://www.youtube.com/watch?v=fQg0WDccb8k
Präsentation mit unterstützendem Material https://www.vde.com/resource/blob/2264668/06253acdbf74d710014e3ab507ac154f/do-propagating-lightwaves-contain-photons--data.pdf