Méthode de détection cohérente qui mélange un signal avec un oscillateur local décalé en fréquence pour produire une fréquence de battement intermédiaire, permettant de mesurer les deux quadratures orthogonales du champ (amplitude complexe) au prix d'un bruit du vide ou du canal image ajouté.

Principe

L'interférence à décalage de fréquence convertit le signal en une fréquence intermédiaire où amplitude et phase (ou composantes en phase et en quadrature) peuvent être extraites simultanément à partir du battement ; quantiquement, la procédure équivaut à un échantillonnage conjoint de deux quadratures non commutatives avec un bruit ajouté minimal inévitable.

Démonstration

Récepteur hétérodyne optique : le signal est combiné avec un oscillateur local détuné par un offset radiofréquence ; le courant photoélectrique contient une porteuse à la fréquence de battement dont les composantes en phase et en quadrature sont démodulées pour obtenir l'amplitude complexe du champ, utilisé en communications cohérentes et en radioastronomie.

Mauvaise application

Supposer que l'hétérodyne fournit des valeurs simultanées sans bruit des quadratures conjuguées ; ignorer la bande image ou la contribution du vide et attribuer le bruit excédentaire uniquement à des défauts techniques ; employer l'hétérodyne là où une homodyne mono‑quadrature donnerait une meilleure sensibilité.

Conséquence

Fournit l'information d'amplitude complexe pour chaque échantillon, facilite l'électronique de réception et les mesures insensibles à la phase, et supporte la démultiplexion cohérente sur de larges bandes, mais impose un plancher de bruit fondamental supérieur à la limite homodyne mono‑quadrature.

Inversion

La détection homodyne mesure une seule quadrature avec un bruit ajouté plus faible lorsqu'une référence de phase est disponible ; l'hétérodyne échange cette moindre quantité de bruit contre l'accès simultané aux deux quadratures et une démodulation numérique plus simple.

Limite

Pertinente lorsque la lecture d'amplitude complexe simultanée ou la conversion de fréquence sont nécessaires et qu'un OL décalé en fréquence est disponible ; non adaptée aux tâches exigeant un bruit de quadrature minimisé ou aux régimes de comptage de photons directs sans référence cohérente.

Tension sémantique

Tensions avec la homodyne (optimalité pour une seule quadrature) et avec des implémentations d'hétérodyne qui ressemblent à la double homodyne ; la confusion provient souvent des descriptions d'ingénierie classiques et de la pénalité de bruit quantique intrinsèque à l'estimation conjointe des quadratures.

Synthèse

La détection hétérodyne est la stratégie de mélange cohérent à décalage de fréquence qui fournit les composantes en phase et en quadrature d'un champ en abaissant la fréquence au battement, permettant la mesure d'amplitude complexe tout en subissant une pénalité minimale de bruit quantique par rapport aux méthodes mono‑quadrature.