Heterodynní detekce

Heterodynní detekce je způsob detekce elektromagnetického záření používaný v nelineární spektroskopii, telekomunikaci či astronomii. Signál, který je zpravidla slabý, se smíchá s elektromagnetickým zářením o stejném směru a o známé frekvenci, zvaným lokální oscilátor nebo heterodyn. Tím se jednak detekce usnadní a jednak je tak možno detekovat kromě intenzity záření i fázi měřeného pole.

Matematické odvození

Jelikož pro intenzitu záření I v závislosti na intenzitě elektrického pole E platí

$I\propto E_{}^{2},$

spočteme intenzitu celkového záření pomocí intenzit záření signálu $\scriptstyle I_{S}$ a lokálního oscilátoru $\scriptstyle I_{LO}$ a příslušných fázorů elektrických intenzit polí $\scriptstyle E_{S}$, $\scriptstyle E_{LO}$ jako

$I={\frac {1}{2\varepsilon _{0}}}\left|E_{S}+E_{LO}\right|^{2}={\frac {1}{2\varepsilon _{0}}}\left[|E_{S}|^{2}+|E_{LO}|^{2}+\Re \left[E_{S}^{*}E_{LO}\right]\right]=I_{S}+I_{LO}+I_{HET}.$

Přitom pokud $\scriptstyle |E_{S}|\ll |E_{LO}|$, platí

$I_{S}\ll I_{HET}\ll I_{LO},$

protože $\scriptstyle I_{S}$ je druhého řádu v $\scriptstyle E_{S}$, zatímco $\scriptstyle I_{HET}$ jen prvního řádu. Je tedy výhodnější měřit $\scriptstyle I_{HET}$ než $\scriptstyle I_{S}$ samotné. Změnou fáze $\scriptstyle I_{LO}$ se navíc hodnota $\scriptstyle I_{HET}$ mění podle toho, zda je signál ve fázi nebo v protifázi k lokálnímu oscilátoru. Tím je fáze přímo měřitelná.