Moku:Pro による光クロックの性能改善

ベルリン・フンボルト大学は、最先端の科学研究を支援してきた長い歴史を持つドイツの名門公立機関です。同大学は、物理学における数え切れないほどの大きな進歩と結びついており、教員卒業生の名簿にはアルバート・アインシュタインが含まれています。

統合量子センサー共同研究室（www.iqs.berlin）の博士候補生である、Julien Klugeさんは、大学の画期的な研究遺産の拡大に取り組んでいます。彼は、光クロックとしても知られる時刻・周波数基準を開発しており、世界的に有名なフェルディナント・ブラウン研究所と緊密に協力しています。この研究所は、同じくベルリンにある応用志向の研究センターで、必要な特殊特性を持つレーザー光源を開発・提供しています。Julienさんは、ドイツ宇宙庁（DLR）が資金を提供する研究プロジェクトの中で、宇宙アプリケーションと全地球測位サービスのための全地球航法衛星システム（GNSS）用の移動式光時計を作りたいと考えています。安定したモバイル光クロックの開発は、宇宙でのナビゲーションを進化させるとともに、電気通信のような重要な地上アプリケーションをサポートする新しい機会を開きます。

この先駆的な研究を実行するために、ジュリアンは次の能力と柔軟性を活用します。 Moku:Pro （図1）。この高度な FPGA ベースのテスト デバイスは、一般的なベンチ必需品からユニークで不可欠な機器に至るまで、15 を超えるソフトウェア定義の機器を提供し、最も実験的なラボのセットアップも合理化します。を搭載した ２台の Moku:Pro デバイスを使用する レーザーロックボックス, デジタルフィルターボックス, ロックインアンプ, PIDコントローラー ジュリアンは、さまざまな安定化セットアップに精密機器を採用することで研究を進めました。

当初、Julienさんのチームは、レーザーロックの一般的な方法であるアナログの自作ロッキングエレクトロニクスを採用していました。この方法は効果的ですが、研究室の温度が少しでも変化すると、クロック信号が変化してロックが妨害されるなど、複雑な問題が無数にあり、進歩が困難であるとされています。

さらに、アナログシステムは設定が複雑で、チューニングが難しいという問題点がありました。正確なセットアップのために、数々のテストを自動化することができず、チームは貴重な時間を費やしました。計算された綿密なテストはすべて手作業で行わなければならず、大規模な手作業を必要とする面倒なプロセスでした。繰り返しテストを行いたい場合は、個人的にデータを記録しながら、何度も何度も実験をセットアップしなければなりませんでした。

手動の方法からMoku:Proに切り替えた後、Julienと彼のチームは、シームレスかつ正確にテストを自動化し、データを記録できる新しい機能のおかげで、大幅な時間の節約と研究の加速を実現しました。Moku:Proは信号をデジタル復調し、温度設定値に関する問題もなく正しい周波数サイドバンドを生成しました。何よりも素晴らしいのは、すべてが便利で持ち運び可能なデバイスで制御されるようになったことです。 iPad.

さらに、ジュリアンと彼のチームは丸 1 年にわたって手動によるトラブルシューティングを行ったにもかかわらず、クロックの安定性を向上させる最善の方法を決定できませんでした。問題がアナログ コンポーネントの DC ノイズであることが判明すると、デジタル信号チェーン内で Moku:Pro に切り替えることで問題が完全に解決され、さらに温度関連の問題も改善されました。彼らは代わりに Moku:Pro インストゥルメントを有効にするためにアナログ設定を変更しました。 マルチインストゥルメントモード (図2)。彼らはまずデジタル フィルター ボックス機器を利用して光クロックからノイズを除去し、次にその信号を 3 台のレーザー ロック ボックス機器 (図 XNUMX) に供給して安定した信号を生成しました。

Moku:Proに切り替えた後、ジュリアンのグループはプログラムでMoku機器にアクセスできるため、はるかに効率的になりました。 API 反復的な手動テストを削減するために、Pythonを活用してMoku:Proを制御し、テストを自動化し、ソフトウェア定義計測器との完全なインターフェースを実現しました。マルチ計測器モードにより、チームは単一の計測器では​​なく、テストセットアップ全体を自動化しました。

「マルチインストゥルメントモードは、まさに私たちが求めていた柔軟性を提供してくれます」とジュリアンは言います。「もうケーブルをいじる必要がありません！」

Moku:ProロックインアンプとPIDコントローラをマルチインストゥルメントモードで導入した後、ジュリアン氏はシステム安定性が桁違いに向上したことに気づきました。チームはまた、Moku:Pro波形発生器を使用して、正確な変調周波数を生成しました。この技術により、ジュリアン氏は周波数変調分光法（二光子分光法とも呼ばれる）を実施し、実験をさらに進めることができます。

Moku:Proには、温度変化に強い高精度で効率的なスタビライザーが搭載されているため、Julienさんが１年間抱えていた主な問題は、ほんの数秒で解決しました。さらにチームは、iPadでMoku:Proをコントロールできるオプションを高く評価しました。研究室内のどこにでも移動してデータを記録できるため、実験台から解放されて実験を観察し、テスト結果を見ることができます。

「Mokuはまさに私たちが求めていたものです。」とJulienさんは述べています。

Julien 氏は、1 つのデバイスで継続的に周波数安定化を実行し、もう 1 つのフローティング ユニットを使用して、研究室のメンバーがデジタル フィルタ ボックス、ロックイン アンプ、マルチ機器モードのスペクトル アナライザなどの機器を使用してノイズを分析できるようにすることで、Moku:Pro を引き続き使用して実験を進める予定です。