Método de detección coherente que mezcla una señal con un oscilador local desplazado en frecuencia para producir una frecuencia de batido, permitiendo medir ambas cuadraturas ortogonales del campo (amplitud compleja) de la señal a costa de añadir ruido del vacío o de banda imagen.

Principio

La interferencia con desplazamiento de frecuencia convierte la señal en una frecuencia intermedia donde se pueden extraer simultáneamente los componentes en fase y en cuadratura del batido; cuánticamente, el procedimiento equivale a muestrear conjuntamente dos cuadraturas no conmutativas con un ruido añadido mínimo e inevitable.

Demostración

Receptor heteródino óptico: la señal se combina con un oscilador local desintonizado por un offset de radiofrecuencia; la corriente fotodiodo contiene una portadora a la frecuencia de batido cuyas componentes en fase y cuadratura se demodulan para obtener la amplitud compleja del campo, usado en comunicaciones coherentes y radioastronomía.

Aplicación incorrecta

Suponer que la heterodina proporciona valores simultáneos sin ruido de las cuadraturas conjugadas; ignorar la banda imagen o la contribución del vacío y atribuir el ruido extra únicamente a fallos técnicos; usar heterodina donde una homodina de una sola cuadratura daría mejor sensibilidad.

Consecuencia

Proporciona información de amplitud compleja por muestra de detección, simplifica la electrónica del receptor y las mediciones insensibles a la fase, y soporta la demodulación coherente en grandes anchos de banda, pero establece un límite fundamental de ruido superior al de homodina en una sola cuadratura.

Inversión

La detección homodina mide una sola cuadratura con menor ruido añadido cuando existe una referencia de fase; la heterodina intercambia esa menor cantidad de ruido por acceso simultáneo a las dos cuadraturas y una demodulación digital más sencilla.

Límite

Pertinente cuando se requiere lectura simultánea de amplitud compleja o conversión de frecuencia y hay disponible un OL desfasado en frecuencia; no apta para tareas que exigen mínimo ruido añadido en la cuadratura ni para regímenes de conteo directo de fotones sin referencia coherente.

Tensión semántica

Existen tensiones con la homodina (optimalidad para una cuadratura) y con implementaciones que aproximan heterodina a doble homodina; la confusión suele venir de descripciones de ingeniería clásicas frente a la penalización de ruido cuántico intrínseca a la estimación conjunta de cuadraturas.

Síntesis

La detección heterodina es la estrategia de mezcla coherente con desplazamiento de frecuencia que obtiene las componentes en fase y cuadratura de un campo al convertir a una frecuencia de batido, permitiendo medir la amplitud compleja a la vez que se incurre en una penalización mínima de ruido cuántico respecto a métodos de una sola cuadratura.