が寄与 ブノワ・ドゥボール, フェタ・ベナビド, トーマス・ビロッテ、クレマン・ゴイコエチェア
製品概要
XLIM 研究所では、気相フォトニックおよびマイクロ波材料 (GPPMM) グループの研究者が中空コアフォトニック結晶ファイバー (HC-PCF) の分野で実験に取り組んでいます。 レーザー安定化 彼らの実験には不可欠であり、ここではDで行われた安定化を提示している。2 飽和吸収法によって得られたルビジウム85蒸気の遷移。Moku:Proは、4つのアナログ入出力と複数のソフトウェア定義計測器を備え、単一のデバイスでこの遷移を可能にする多用途ツールを提供します。
課題
ルビジウムのサブドップラー透明度を観察するために、光学的および電気的セットアップは、吸収信号を生成する飽和吸収分光法 (SAS) モジュールとして機能する市販のルビジウム (Rb) セルで構成されます。 780nm 付近の波長可変レーザーは、電気光学変調器 (EOM) と波長計の間で分割されます。レーザーを安定させ、EOM を制御し、アラン分散を測定するには、いくつかの異なる機器が必要です。
図1. 上：Moku:Proの電気接続をシアン色で示した光学セットアップ。Moku:Proの入力は左側、出力は右側にあります。下：波形発生器、レーザーロックボックス、位相計を備えたMoku:Proのマルチインストゥルメントモード構成。
解決策
Moku:Proの マルチインストゥルメントモード XLIMの研究者は複数の機器を同時に構成することができ、この場合は 波形発生器、 a ロックインアンプ、ダブルPIDコントローラとデータ収集 アラン分散これは、波形発生器、レーザー ロック ボックス、位相計器を使用して実装されます。波形発生器は、電気光学変調器にリンクされている Moku:Pro の最初の出力 (フランス語の設定のため、ここでは「Sort 1」と名付けられています) を介してプローブ レーザー ビームの光周波数を変調します。この機能発生器は、信号混合、復調、レーザー ロック アプリケーション用のロックイン アンプと PID コントローラの両方を組み立てるレーザー ロック ボックスの 1 番目のエントリにもリンクされています。レーザー ロック ボックスは、Rb セルから出てくるプローブ ビームからのサブドップラー透過性を持つフォトダイオード信号 (SAS モジュール) にもリンクされています (Moku:Pro の最初の入力、「Ent 2」)。レーザー ロック ボックスの両方の出力チャネル (A と B) は、レーザー サーボ制御 (「Sort 3」) とスキャン (「Sort XNUMX」) に使用されます。次に、位相計器は、ロックされたレーザーのフォトダイオード DC 信号モニタリングと、安定化品質を表すアラン分散の測定のための取得ツールとして使用されます。
使用される最初のモジュールは、図２に示す波形発生器で、プローブレーザービームを５００ kHz の周波数で変調します。 必要に応じて、出力Aに関連する同相信号を使用して、機器の出力Bで２番目の波形発生器を使用できます (図１の下部を参照)。
図2：上部に生成された関数を表示する波形発生器のインターフェース。下のジェネレーターチャンネル（紫）はここでは使用されていない。
レーザーロックボックスのパラメーターは図３に表示されています。出力と入力 A と B はともに図１に示したものに対応しています。入力 A は周波数変調されたドップラートランスペアレンシーを持つフォトダイオード信号に対応し、入力 B は波形発生器からの変調信号に対応しています。
図3：レーザーロックボックスのブロック図と信号監視用の内蔵オシロスコープ。各電子部品はiPadの画面をタップすることで設定できる。外部発振器だけでなく、スキャン・パラメーター用のタブ（図示せず）も用意されている。
まず、図 4 にロック解除されたレーザー DC 信号を示します。測定された RMS は約 13 mV です。サブドップラー特性をロックするために、Moku:Pro でレーザー ロック ボックスの出力 B (図 35 の「ソート B」) を介してレーザー スキャンを 14 Hz、3 mV に設定し、出力 3 物理コネクタ (図 3 の「ソート 1」) にルーティングします。スキャンのオフセットはダイオード コントローラで直接設定します。入力 B に位相同期回路 (PLL) を設定し、カットオフ周波数が 2 kHz に設定されている 70 次ローパス バターワース フィルターで信号を復調します。図 3 の赤い曲線が示すエラー信号を使用して、Moku:Pro で使用可能な「タップしてロック」アイコン (図 3 に注釈付き) を使用してレーザーをロックします。ロックは、オシロスコープの赤い円をクリックして設定します。
図4：デフォルトパラメーターのPID高速コントローラー。レーザーのDC信号は赤で示されており、フォトダイオードから直接来ている。
ロックされた信号は、高速 PID コントローラー（図３の出力 A、図１の物理コネクター Sort 3）を通してレーザーの電流制御に送られ、図５に示す PID パラメーターで最適化されます。
図 5: パラメータが最適化された PID 高速コントローラー。ロックされた DC 信号は赤色で表され、フォトダイオードから直接来ている。
比例ゲインや積分器などのさまざまなパラメーターを設定します (図５の上部)。必要に応じて、二重積分器、微分器、積分と微分のための飽和も使用できます。これらのパラメータの最適化は、図４と図５の下部で測定される DC 信号の RMS を減少させることによって実現されます。実際、比例ゲインは信号が発振し始めるまで増加し、その直前に設定されます。同じ操作が積分器に対して実行され、次に必要に応じて微分器の周波数に対して実行されます。 「短期」ロックを最適化するために、良好なパフォーマンスが達成されるまでこのサイクルを繰り返します。最適化が完了し、レーザーがロックされたら、アラン偏差を測定してレーザーの安定性を特徴付ける準備が整います。
アラン分散を測定するには、安定化レーザーのアラン分散を直接観察するための位相計器を使用するだけです。これらの測定値は、分析のために iPad、USB、またはクラウドに保存できます。ただし、保存されたデータは生の信号周波数、位相、振幅に対応しているため、アラン分散を取得する必要があります。これは、このアプリケーション ノートで説明されているように、Python コードを使用して行うこともできます。 Moku:Lab の位相計を使ったアラン偏差のガイド.
結果と結論
Moku:Pro は、ユーザーフレンドリーなインターフェースを備え、信号を測定、分析、使用できる多目的ツールです。 
波形発生器、レーザーロックボックス、位相計をマルチ機器モードと組み合わせることで、Moku:Pro以外の機器を使用せずに、ルビジウム蒸気の780 nm付近のサブドップラースペクトルを解析し、Dのレーザー周波数をロックすることができました。2 Rb遷移。
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