기부 브누아 드보르, 페타 베나비드, 토마스 빌로트, 클레망 고이코에샤
제품 개요
XLIM 연구소의 기체상 광자 및 마이크로파 재료(GPPMM) 그룹 연구자들은 중공 코어 광자 결정 광섬유(HC-PCF) 분야의 실험을 진행하고 있습니다. 레이저 안정화 그들의 실험에 필수적이며 여기서 그들은 D에서 수행된 안정화를 제시합니다.2 포화 흡수에 의해 얻어진 루비듐 85 증기의 전이. 4개의 아날로그 입출력과 여러 개의 접근 가능한 소프트웨어 정의 계측기를 갖춘 Moku:Pro는 단 하나의 장치로 이러한 전이를 가능하게 하는 다재다능한 도구를 제공합니다.
과제
루비듐 서브도플러 투명도를 관찰하기 위해 광학 및 전기 설정은 흡수 신호를 생성하는 포화 흡수 분광법(SAS) 모듈 역할을 하는 상업용 루비듐(Rb) 셀로 구성됩니다. 780nm 정도의 조정 가능한 레이저는 전기광학 변조기(EOM)와 파장 측정기 사이에 분할됩니다. 레이저를 안정화하고 EOM을 제어하며 Allan 분산을 측정하려면 여러 가지 장비가 필요합니다.
그림 1. 위: Moku:Pro 전기 연결부를 청록색으로 표시한 광학 설정. Moku:Pro 입력은 왼쪽, 출력은 오른쪽입니다. 아래: 파형 발생기, 레이저 잠금 장치, 위상계를 사용한 Moku:Pro 다중 계측기 모드 구성.
해법
모쿠:프로 다중 장비 모드 XLIM 연구원이 여러 기기를 동시에 구성할 수 있도록 하여 이 경우 다음과 같이 작동합니다. 파형 발생기, a 잠금 증폭기, 이중 PID 컨트롤러 및 데이터 수집 앨런 분산. 이는 Waveform Generator, Laser Lock Box 및 Phasemeter 기기를 사용하여 구현됩니다. Waveform Generator는 Moku:Pro의 첫 번째 출력(프랑스어 설정으로 인해 여기서는 "Sort 1"이라고 함)을 통해 프로브 레이저 빔의 광 주파수를 변조하고, 이는 전기 광학 변조기에 연결됩니다. 이 함수 생성기는 신호 혼합, 복조 및 레이저 잠금 애플리케이션을 위한 잠금 증폭기와 PID 컨트롤러를 모두 조립하는 Laser Lock Box의 두 번째 항목에도 연결됩니다. Laser Lock Box는 또한 Rb 셀(Moku:Pro의 첫 번째 입력인 "Ent 1")에서 나오는 프로브 빔의 서브 도플러 투명도를 사용하여 포토다이오드 신호(SAS 모듈)에 연결됩니다. Laser Lock Box(A 및 B)의 두 출력 채널은 레이저 서보 제어("Sort 2") 및 스캐닝("Sort 3")에 사용됩니다. 그런 다음, Phasemeter 계측기는 잠금 레이저의 포토다이오드 DC 신호 모니터링을 위한 수집 도구로 사용되며 안정화 품질을 나타내는 앨런 분산을 측정하는 데 사용됩니다.
사용되는 첫 번째 모듈은 2kHz 주파수에서 프로브 레이저 빔을 변조하기 위해 그림 500에 표시된 파형 발생기입니다. 필요한 경우 출력 A와 관련된 가능한 동위상 신호를 사용하여 장비의 출력 B(그림 1 하단 참조)에서 두 번째 파형 발생기를 사용할 수 있습니다.
그림 2: 상단에 생성된 함수를 표시하는 파형 발생기 계측기 인터페이스. 하단 생성기 채널(보라색)은 여기서 사용되지 않습니다.
레이저 락 박스 매개변수는 그림 3에 표시되어 있습니다. 출력과 입력 A 및 B는 모두 그림 1에 표시된 것과 일치합니다. 입력 A는 진동수 변조된 도플러 투명도를 갖는 포토다이오드 신호에 해당하고 입력 B는 파형 제조기의 변조 신호에 해당합니다.
그림 3: 신호 모니터링을 위한 통합 오실로스코프와 레이저 락 박스의 블록 다이어그램. 각 전자 부품은 iPad 화면을 탭하여 설정할 수 있습니다. 탭(표시되지 않음)은 외부 발진기뿐만 아니라 매개변수 스캔에도 사용할 수 있습니다.
먼저, 그림 4에서 측정된 RMS가 ~13mV인 잠금 해제된 레이저 DC 신호를 보여줍니다.도플러 이하 특성을 고정하기 위해 레이저 스캔을 Moku:Pro에서 출력 B(그림 35의 "Sort B")를 통해 14Hz, 3mV로 설정합니다.레이저 잠금 상자는 출력 3 물리적 커넥터(그림 3의 "Sort 1")로 연결됩니다.스캔 오프셋은 다이오드 컨트롤러에서 직접 설정합니다.입력 B에 위상 잠금 루프(PLL)를 설정하고 차단 주파수가 2kHz로 설정된 70차 저역 통과 버터워스 필터로 신호를 복조합니다.Moku:Pro에서 사용할 수 있는 "탭하여 잠금" 아이콘(그림 3에 주석 표시)을 사용하여 레이저를 잠금하는 데 사용하는 오차 신호(그림 3의 빨간색 곡선)를 얻습니다.오실로스코프의 빨간색 원을 클릭하여 잠금을 설정합니다.
그림 4: 기본 매개변수가 있는 PID 고속 컨트롤러. 레이저 DC 신호는 포토다이오드에서 직접 나오는 빨간색으로 표시됩니다.
그런 다음 고정된 신호는 빠른 PID 컨트롤러(그림 3의 출력 A 및 그림 3의 물리적 커넥터 정렬 1)를 통해 레이저의 전류 제어로 전송되고 그림 5에 표시된 PID 매개변수로 최적화됩니다.
그림 5: 최적화된 매개변수를 갖춘 PID 고속 컨트롤러. 고정된 DC 신호는 포토다이오드에서 직접 나오는 빨간색으로 표시됩니다.
비례 이득 및 적분기(그림 5의 상단 부분)와 같은 다양한 매개변수를 설정합니다. 필요한 경우 이중 적분기, 미분기, 적분 및 유도를 위한 포화도 사용할 수 있습니다. 이러한 매개변수의 최적화는 그림 4와 5의 하단 부분에서 측정된 DC 신호의 RMS를 감소시킴으로써 달성됩니다. 실제로 비례 이득은 신호가 진동하기 시작할 때까지 증가하다가 바로 직전에 설정됩니다. 적분기에 대해 동일한 작업이 수행되고 필요한 경우 미분기 주파수가 수행됩니다. "단기" 고정을 최적화하기 위해 좋은 성능을 얻을 때까지 이 주기를 반복합니다. 최적화가 완료되고 레이저가 고정되면 Allan 편차를 측정하여 레이저 안정성을 특성화할 준비가 된 것입니다.
Allan 분산을 측정하려면 안정화된 레이저의 Allan 분산을 직접 관찰하기 위해 Phasemeter 장비를 사용하면 됩니다. 이러한 측정값은 분석을 위해 iPad, USB 또는 클라우드에 저장할 수 있습니다. 그러나 저장된 데이터는 원시 신호 주파수, 위상 및 진폭에 해당하므로 Allan Variance를 검색해야 합니다. 이 애플리케이션 노트에 설명된 대로 Python 코드를 사용하여 이 작업을 수행할 수도 있습니다. Moku:Lab의 Phasemeter를 이용한 Allan 편차 가이드.
결과 및 결론
사용자 친화적인 인터페이스를 갖춘 Moku:Pro는 신호를 측정, 분석 및 사용할 수 있는 다재다능한 도구입니다. 
파형 생성기, 레이저 잠금 상자 및 위상계 장비를 다중 장비 모드와 결합하면 Moku:Pro 외에 다른 장치 없이 780nm 주변의 루비듐 증기의 하위 도플러 스펙트럼을 분해하고 D에서 레이저 주파수를 잠글 수 있습니다.2 Rb 전환.
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