ショット雑音
ショット雑音(ショットざつおん、ショットノイズ、Shot noise)とは、回路ノイズの一種である。電気回路における電子や光学装置における光子のようなエネルギーを持った粒子の数が極度に小さい場合、粒子数の統計的変動が測定にかかるほど大きくなるために発生する。ショット雑音は電子工学、電気通信、基礎物理学の分野で問題にされる。
ショット雑音の大きさは光強度や電流の平均値に比例する。普通平均値は信号そのものを指すが、平均値が増えるとき、信号レベルは雑音レベルよりも早く増加する。したがって、多くの場合、ショット雑音は電流や光強度が小さいときにしか問題にならない。
ある時間内に検出される光子数の平均値は光源の強さから決まるが、実際に検出される数は平均値と等しい場合もあれば大きくも小さくもなる。平均値を中心とするその分布はポアソン分布になる。事象の数が大きくなるにつれポアソン分布は正規分布に近づくので、非常に多数の光子を測定すると、信号に含まれる光子雑音は正規分布に近づく。 事象の間に相関がない場合、ショット雑音は理想的なホワイトノイズである。
ポアソン分布の性質から、光子雑音の標準偏差は光子数の平均の平方根に等しいことが示せる。したがってSN比は次の式で表される。
S N R = N N = N {\displaystyle S\!N\!R={\frac {N}{\sqrt {N}}}={\sqrt {N}}}
ここで N {\displaystyle N} は検出される光子数の平均である。 N {\displaystyle N} を大きくすれば、SN比もそれにつれて大きくなる。このことから、光子数が小さいときに光子雑音が相対的に重要になることが分かる。