锁相放大器（Lock-in Amplifier，简称 LIA）本身并非免于噪声影响，拾取噪声是一个不可忽视的问题。特别是在高调制频率段，信号从环境中得到拾取噪声会越来越大，同时与调制信号同频的拾取噪声，会毫无衰减的通过单频锁相放大器，其将成为比宽带噪声更加严重的噪声来源，zui终导致很低的信噪比。对于此，我们可以通过加强信号屏蔽措施来实现。但对很多屏蔽工作做的不好，但拾取噪声又很大的系统，双频锁相就会变得非常的必要。
通过两频锁相去除拾取噪声
摘要：锁相放大器（Lock-in Amplifier，简称 LIA）是一种用于检测和测量微弱信号的仪器。其核心功能是通过将输入信号与参考信号进行相位相关（即乘积）的方式，将特定频率的信号从噪声背景中提取出来。然而，锁相放大器本身并非免于噪声影响，拾取噪声是一个不可忽视的问题。特别是在高调制频率段，信号从环境中得到拾取噪声会越来越大，同时与调制信号同频的拾取噪声，会毫无衰减的通过单频锁相放大器，其将成为比宽带噪声更加严重的噪声来源，zui终导致很低的信噪比。对于此，我们可以通过加强信号屏蔽措施来实现。但对很多屏蔽工作做的不好，但拾取噪声又很大的系统，双频锁相就会变得非常的必要。
图1
双频锁相是在单一频率的锁相放大器降低宽带噪声的基础上，使用第二个低频调制进行锁相（和主频率独立，非同步），很好地恢复被宽带噪声和拾取噪声所淹没的弱相干信号，提高信号测量的信噪比。
其原理图如上图所示，相较于单一频率的锁相，其关键点在于，将低频调制加载在信号中，使其有别于探测器到放大器的导线上加入的拾取噪声，并通过第二次锁相将他们分离开来。
例如，我们在时域热反射系统关于样品热物性的测量中，通常需要极大范围调节对于激光的调制频率，在高调制频率下，样品热物性拟合曲线的误差很大一部分收到拾取噪声的影响，要提高其准确度，势必要尽可能排除拾取噪声的干扰。此时双频锁相无疑有着巨大的作用。我们在下图黄色方框处，即光电探测器前加入一个机械斩波器，以调制探测器接收信号。在对泵浦光调制频率进行第1次锁相后，将斩波器与第二个锁相放大器同步，从而把第1个锁相输出信号中的探测器到锁相之间添加进来的拾取噪声去除掉。同时因为噪声和调制是非同步的，所以，二次锁相还能进一步降低宽带噪声。
图2
要注意的是在双频锁相中，第二重锁相的调制频率，如上述TDTR系统中的斩波器频率需要被细致的设置，要满足：
可以理解为：斩波器的调制频率f2要远小于第1次锁相及泵浦光的调制频率f1，同时接近第1级锁相的滤波带宽。
然而对于双频锁相，其引入的信号衰减是不容忽视的，这种衰减来源于两个途径：1.斩波器对信号的调制会使探测信号的强度减半；2.第1个锁相包含一个低通滤波器，每个频率经过这个低通滤波器之后，输出信号相对于输入信号都会有其相应的衰减系数Vin/Vout，这个衰减系数是和滤波器本身的波形（函数）直接相关的。因为在双频锁相中，我们选取的f2基本近似于fcut−off。所以我们可以设出一个表征其滤波器的特性的参数α≡2πf2τ1，则Vin/Vout就是α的函数，因此经过第二个锁相放大过程，其信号将衰减F(α)/√α。
对于双频锁相放大的输出信号其表达式有
信噪比表达式有
据此，我们可以分析，1.当f2越大时，拾取噪声被衰减的越大，但其z大不能超过第1级锁相的截止频率。2.当τ2越大（即滤波带宽越窄），拾取噪声被衰减的越大。所以在不影响需要的时间响应（响应速度）的前提下，τ2可以选择的尽量大。3.而τ1选择则应该尽量小（也就是带宽尽量的宽），从而才可以使f2可选择的频率尽量高。
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