イントロダクション
ミュンスター大学はドイツで５番目に大きな大学で、１２０以上の多様な研究分野を提供しています。応用物理学研究所の一部であるミュンスター大学（WWU）光学技術グループは、非線形光学やレーザーの概念を含む様々な分野の研究を行っています。非線形顕微鏡を専門とする博士課程の学生Kristin Wallmeierさんは、２出力パルス列の位相安定化の改善に取り組んでいます。Kristinさんのセットアップには、ファイバーベースの発振器とそれに続くファイバーベースの光パラメトリック発振器が含まれています。Kristinさんの目標は、ファイバーベース発振器を同期させ、ファイバーベース光パラメトリック発振器のポンプをファイバーベース光パラメトリック発振器の出力に供給することです。
彼女の研究は非常に実験的なものであるため、探索的テストには毎日さまざまなテスト機器が必要です。から入手可能な組み込み機器を使用することにより、 Moku:Proなど、 デジタルフィルターボックス の三脚と PIDコントローラー in マルチインストゥルメントモード 図 1 に見られるように、彼女はセットアップの位相安定化を強化しています。
図1： 2つのデジタルフィルタボックスと位相安定化のためのPIDコントローラを備えたマルチインストルメントモード設定
Moku:Pro は、一般的なベンチ必需品から、最も実験的なラボのセットアップを合理化するためのユニークで不可欠な機器まで、最大 15 個のソフトウェア定義機器を提供します。 Moku:Pro を使用することで、クリスティンはコンパクトなソリューションと柔軟なテスト構成オプション、そして直感的な iPad ベースのユーザー インターフェイスによって研究を加速しました。
課題
ファイバーベースのシステムは、機械的振動や熱変動などの環境変動に非常に敏感です。位相の安定化には、システム内のあらゆる変化を修正するために、非常に安定した高速フィードバック回路が必要です。システムは、外乱が発生した後に再安定化するのに十分な速度を備えている必要があります。システムはノイズにも敏感なため、クリーンな入出力信号を実現するにはフィルタリングが必要です。デジタルフィルタリング オプションがなければ、Kristinさんは、フィードバック回路内の位相を調整するために使用される圧電アクチュエータの共振周波数に干渉する可能性のある信号を確実に除去するために、RC コンポーネントを使用してアナログフィルターを構築する必要がありました。
Kristinさんは、Moku:Pro を選択する前に、 Arduino 開発ボードから始めました。このボードでは、研究に必要な機能を手動でコーディングして開発する必要がありました。Kristinさんは、セットアップ内のフィードバックループを安定させるには遅すぎることに気づき、Arduino のパフォーマンスが不十分だとすぐに判断しました。 Moku:Pro は、速度の向上と、事前にプログラムされたソフトウェア定義の計測器の完全なスイートにより、はるかに効率的なソリューションでした。
ソリューション
Moku:Pro PID コントローラとデジタル フィルタ ボックスをマルチ インストルメント モード (MiM) で使用する iPad インターフェイスを通じて、クリスティンは研究を加速し、複雑なテスト手順の開発に時間を費やすのではなく、システムの位相安定化の改善に集中することができます。クリスティンはまず、入力信号にデジタル フィルターを適用して、高周波成分を除去しました。 PID コントローラーを使用した後、別のデジタル フィルター ボックスを使用して信号品質をさらに改善し、共振周波数の範囲内にあるすべての高周波成分を除去しました。
「デジタルフィルターボックスは、すべてのセットアップを購入したり、アナログ的に構築したりすることなく、さまざまなセットアップを試すことができるので、とても便利です。」とKristinさんはコメントしています。
使いやすいPIDコントローラーは、KristinさんがMoku:Proを実験に組み込んだ最大の動機でした。図２に見られるように、外乱が発生するとPIDコントローラーは素早く反応し、システムを安定化させます。信号経路の複数のポイントをプローブできるため、Kristinさんのチームは、内蔵のオシロスコープを使って、システムが入力信号をリアルタイムで安定化させる様子を見ることができます。
図２: PID コントローラーのセットアップ (上) と PID コントローラーの入力信号 (下)。安定化された位相の乱れと再安定化するためのシステムの反応を示している。
結果
Kristinさんは、実験を注意深くモニターし、システムの安定性を向上させる努力を続けることで、研究を進めています。Kristinさんは、Moku:ProデジタルフィルターボックスとPIDコントローラーを使用することで、ラジコン部品でフィルターを作るようなDIYソリューションの必要性をなくし、時間とコストを最大限に節約しました。
「Moku:Proを使えば、直感的にすべての設定と作業ができます。」とKristinさんは述べています。
Moku:Proを使うことで、追加の計測器の必要性も減りました。また、Moku:Proは、新しい機能や計測器がリリースされた後でも、必要に応じてソフトウェアをアップデートするだけで使用できます。
「Mokuは最高なシステムです。別の装置を購入し続けるというのは、あまり意味がありません。」とKristinさんはコメントしました。
クリスティンは、将来的には、誘導ラマン散乱 (SRS) 顕微鏡プロジェクトなど、他の研究にも Moku:Pro を使用する予定です。 ロックインアンプ、Moku:Pro を通じて利用できるもう 1 つの楽器。
の詳細については Moku:Pro, でお問い合わせ info@liquidinstruments.com.
