この要約と Q+A は、次のタイトルのウェビナーを補完します。 デジタル PDH ロック: レーザー周波数安定化の最新アプローチ2024年10月17日にOpticaと共同開催したイベントです。ライブで参加できなかった方は、今すぐ登録して オンデマンド アクセス.
ウェビナーの概要に加えて、以下で一部の視聴者の質問に対する詳細な回答を提供します。
ウェビナーの概要
このウェビナーは 3 つのセグメントで構成されていました。最初のセグメントでは、レーザーを安定化する動機と方法、およびそのアプリケーションについて説明しました。また、サイドオブフリンジ ロック、ディザ ロック、Pound-Drever-Hall (PDH) レーザー ロックなど、レーザーを光参照キャビティにロックするためのさまざまな手法について、それぞれの相対的な長所と短所とともに説明しました。
2 番目のセグメントでは、レーザー ロックの物理学について教育的に詳しく説明しました。位相変調、I/Q 信号、キャビティ ダイナミクスなどの信号処理のトピックを、PDH エラー信号生成のプロセスを視覚化するのに役立つグラフィック ツールとともに説明しました。
最後のセグメントでは、FPGAベースのMokuのライブデモンストレーションを行いました。 レーザーロックボックス オールインワンのレーザー安定化ツールとして。レーザーロックのセットアップをエミュレートしました。 マルチインストゥルメントモード 完全にオン Moku:Pro、モクと一緒に 波形発生器 周波数源として機能し、Moku デジタルフィルターボックス 参照空洞として使用しました。PDH 法を使用して擬似空洞へのロックを確立しました。
聴衆からの質問
従来の PDH セットアップでは、透過型 PD と反射型 PD のどちらでも使用できますか? PDH ロックにはどちらが適していますか?
PDH ロックにキャビティ伝送を使用することは技術的には可能ですが、この技術の利点の多くが無効になります。PDH 技術の主な利点の 1 つは、変調周波数をキャビティの線幅よりも何倍も大きくできることです。これにより、キャビティから共鳴から遠く離れ、ミラーによってほぼ完全に反射される 2 つのサイドバンドが生成されます。これらのサイドバンドは元の信号と混合され、基本的に中心周波数を追跡する基準として機能します。伝送モードでは、これらのサイドバンドはキャビティを通過せず、搬送周波数との混合には使用できません。
PDH 技術を伝送に使用するには、変調周波数を下げて、サイドバンドをキャビティの線幅内に収めることができます。ただし、これによりレーザー ロックの応答範囲と速度が大幅に制限され、レーザー周波数が予想値から大きくずれると、この技術が機能しなくなる可能性があります。ジッターがほとんどなく、比較的静かなレーザーを使用している場合は、伝送 PDH ロックで十分です。ほとんどの市販レーザーでは、反射パワーによるロックの方が効果的なオプションであると考えられます。
スクリプトまたはインターフェースを介して、複数の機器を同時に実行できますか? Moku:Pro と比較して、レーザー ロックに Moku:Go を使用する場合の制限は何ですか?
はい、Mokuはサポートしています マルチインストゥルメントモードユーザーはFPGAを分割して最大4つの（ Moku:Pro）または2つ（ Moku:Lab (NAIST) と Moku:Go）の楽器を並べて使用できます。マルチ楽器モードは、Mokuソフトウェアインターフェース（図1参照）または API 他のソフトウェア プラットフォーム (Python など) でも利用できます。さまざまな機器の設定は、マルチウィンドウ表示と並行して構成できます。
図 1: Moku:Pro では、Laser Lock Box は XNUMX つの機器スロットを占有します。
しかし、Mokuハードウェアモデルには注目すべき重要な違いがいくつかあります。 レーザーロックボックス Moku:LabとMoku:Goでは使用できますが、マルチインストゥルメントモードでは使用できず、スタンドアロンインストゥルメントとして動作する必要があります。Moku:Proでは、レーザーロックボックスは30つのインストゥルメントスロットのいずれかに配置できます。Moku:Goは小型で入力帯域幅も低く（XNUMXMHz）、それでも多くのロック構成やPIDコントローラを介した制御ループの監視には十分です。詳細については、こちらをご覧ください。 ケーススタディ ブリストル大学の研究を特集しています。 製品仕様 Moku:Pro と Moku:Go では、ニーズに合ったデバイスを判別できます。
RIN 測定など、Moku でレーザーの品質を評価できますか?
RINは相対強度雑音測定の略で、平均出力に対する電力変動を周波数の関数としてプロットすることでレーザーの品質を評価する技術です。Moku スペクトラムアナライザ 図 2 と同様の構成で RIN を測定できます。まず、テスト対象のレーザーがビームを放射します。このビームは通常、検出器を圧倒しないように大幅に減衰されます。フォトレシーバーは、入力レーザー電力に比例した電圧を放射します。信号電力がスペクトル アナライザのノイズ フロアを超えていることを確認するために、フォトレシーバーの電流は最初に低ノイズ アンプに通されます。スペクトル アナライザは、周波数成分全体にわたるレーザー電力の分布を測定するパワー スペクトル密度 (PSD) 測定を実行します。収集後、信号を平均レーザー電力で正規化して、RIN データを取得できます。
図 2: Moku スペクトラム アナライザーを使用した相対強度ノイズ測定。
より良いロックを実現するための PID 制御のコツはありますか?
さまざまな実験に必要な PID パラメータは大きく異なる可能性があるため、PID パラメータを最適化するための標準的なプロセスは存在しません。自動化を支援するために、Ziegler-Nichols 法などのアルゴリズム プロセスがいくつか存在します。最近では、ニューラル ネットワークが、閉じたフィードバック ループを制御する可能性に注目されています。
一般的なヒントをいくつか提供させていただきます。ノイズがある周波数 (通常は低周波数) ではゲインをできるだけ高く設定し、センシング ノイズが支配的な周波数 (通常は高周波数) ではゲインをできるだけ低く設定することが望ましい場合がよくあります。ユニティ ゲインは中間周波数で発生するため、システムの安定性を慎重に考慮する必要があります。
ウェビナーをご覧いただきありがとうございました。またお会いできることを楽しみにしております。より詳しいデモンストレーションについては、こちらをご覧ください。 ウェビナーライブラリ オンデマンド表示用。
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