この要約とQ+Aは、ウェビナー「再構成可能な計測器による高性能 PDH ロック18年2024月21日にPhotonics Mediaと共催した「ウェビナー」を開催しました。ウェビナーの中国語版は、XNUMX月XNUMX日にAunion Techが主催しました。ライブで参加できなかった方は、 オンデマンド アクセスのために今すぐ登録してください.
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) 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利点と欠点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解説しました。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、 Moku 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。 マルチ機器モード 完全にオン Moku:Pro波形発生器が周波数源として機能し、デジタル フィルタ ボックスが参照キャビティとして機能します。PDH 方式を使用して、疑似キャビティへのロックを確立しました。
聴衆からの質問
この機器を使用するには、追加の基準キャビティと電気光学変調器 (EOM) が必要ですか?
はい。PDH ロック セットアップでは、Moku レーザー ロック ボックスがロックイン アンプ、ローパス フィルター、PID コントローラー、変調ソースの機能を置き換えます。ロックの正確な構成と要件は大きく異なる可能性があるため、ユーザーは独自の EOM、リファレンス キャビティ、フォトダイオードを用意する必要があります。
Moku は Hänsch-Couillaud ロックに使用できますか?
ウェビナーでは取り上げませんでしたが、Hänsch-Couillaud 法は別のレーザーロック技術です。直線偏光レーザービームを生成し、それを参照キャビティ内に配置された偏光子に送ります。キャビティを出た後、反射ビームはビームスプリッターを通過し、2 つの光検出器の 1 つに送られます。エラー信号は、これらの検出器の光電流の差になります。
この場合、周波数変調、EOM、または復調は必要ないため、Laser Lock Box の機能のこの部分は必要ありません。Laser Lock Box のメイン画面から、ユーザーは復調ソースを「なし」に設定でき、入力 A はエラー信号そのものとなり、高速および低速 PID パラメータは通常どおりに設定されます。
モク PIDコントローラー このロック方式も実行でき、フィードバック信号を生成する機能に加えて、内蔵の制御マトリックスを介して差動増幅器として機能します。
Moku は PDH プロセス中に直交復調をサポートできますか?
レーザーロックボックスは現在、エラー信号の単相復調機能を提供しています。Moku ロックインアンプ一方、は、デュアル位相復調のオプションと、直交座標 (X/Y) と極座標 (R/Θ) の選択を提供します。レーザー ロックのニーズに IQ 復調を使用する必要がある場合は、図 1 に示すように、フィードバック信号の生成に組み込みの PID コントローラーとともに Moku ロックイン アンプを使用することをお勧めします。
図 1. Moku ロックイン アンプ装置。装置出力に組み込まれた PID コントローラとともに X 座標と Y 座標が表示されています。
どのようなデジタルフィルタリングオプションが利用可能ですか?
Moku Laser Lock Boxには、信号処理チェーンにデジタルローパスフィルタが組み込まれており、復調直後に高周波成分を除去します。このフィルタのコーナー周波数は任意に設定できます。入力信号または出力信号をさらにフィルタリングする必要がある場合は、Laser Lock Boxを デジタルフィルターボックス図 2 に示すように、デジタル フィルタ ボックスには、8 種類のローパス、ハイパス、バンドパス フィルタ (ガウス、バターワースなど) のオプション、または独自のカスタム フィルタ機能が含まれています。ユーザーは、DSP チェーン内の信号に電圧オフセットまたはゲインを追加することもできます。
図 2. Moku デジタル フィルター ボックスは、フォトダイオードからの入力信号をフィルター処理することで、レーザー ロック ボックスを補完できます。
PID パラメータを最適化するための確立されたプロセスはありますか?
実験によって必要なPIDパラメータは大きく異なるため、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。 ジーグラー・ニコルズ法は、自動化を支援するために存在します。一般的に、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です。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。Moku PIDコントローラーを最適化するためのサポートが必要な場合は、当社の ナレッジベース .
サイドバンドがキャビティの線幅内に収まるとどうなりますか? PDH はそれでも機能しますか?
PDHロック中、搬送周波数のレーザービームが ω0 通常はEOMによって位相変調され、周波数でサイドバンドを生成します。 ω0 ±Ω。 キャビティ自体には独自の線幅があり、これはキャビティの共振モードの全幅半値幅（FWHM）として定義されます。 Δω.
共振器帯域幅よりも遅い変調周波数を使用してレーザーをロックすることは確かに可能です（つまり、 Ω.<<Δω）。この手法は、 ディザ レーザー周波数は基本的にキャビティ内で断熱的にスイープされるため、ディザ ロックは不要です。一般的なディザ ロック エラー信号の結果は、図 3 に示されています。この手法では、レーザーをロックするために使用できる非対称エラー信号が生成されますが、速度が犠牲になります。前述のように、変調周波数は遅くする必要があり、これにより PID コントローラが信号に応答できる速度が制限されます。
狭い共振器を用いた最適な制御のためには、共振器の線幅よりもはるかに高い速度でレーザー周波数を変調することが望ましい。 Ω.>>Δω. 図 3 に示すように、エラー信号はゼロ付近で急激な線形動作を示します。これは、PID コントローラがレーザー周波数のドリフトに非常に迅速に応答できることを意味します。
図 3. キャビティ線幅の内側 (上) と外側 (下) のサイドバンドで生成された PDH エラー信号。キャビティ線幅が変調周波数よりもはるかに小さい場合、ゼロ交差付近で急勾配が生成され、正確で迅速な PID 制御が可能になります。
出力信号/フィードバック信号に存在するノイズを分析するには、どのような方法をお勧めしますか?
その Moku レーザー ロック ボックス 内蔵の PIDコントローラー 高速と低速の制御信号の両方を出力できる。これらの信号を分析する方法は2つある。1つ目は、組み込みの オシロスコープ レーザー ロック ボックス構成画面の出力 A と出力 B の近くのプローブ ポイントを選択します。必要に応じて、オシロスコープの Math チャネルを使用して、図 4 に示すように FFT 分析を実行します。これは、フィードバック信号がレーザーに渡される前に、フィードバック信号をチェックする迅速かつ効率的な方法です。
図 4. 組み込みオシロスコープで表示される高速および低速の PID 制御信号。周波数領域解析のために Math チャネルが有効になっています。
フィードバック信号のより厳密な分析が必要な場合は、 マルチ機器モード レーザーロックボックスを横に動かして Moku スペクトラム アナライザー図 5 に示すように、レーザー ロック ボックスの出力をスペクトラム アナライザーの入力に転送することもできるため、スペクトラム アナライザーで信号を同時に監視しながらフィードバック ループを操作することができます。
図 5. レーザー ロック ボックスとスペクトル アナライザのマルチ インストルメント モードのセットアップ。高速および低速 PID 制御信号に対応するレーザー ロック ボックスの出力チャネルは、Moku フロント パネルのデジタル - アナログ コンバータ (出力 1 および出力 2) に送信されます。同時に、信号は周波数領域モニタリングのためにスペクトル アナライザに渡されます。
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