イントロダクション
ミュンスター大学はドイツで5番目に大きい大学で、120以上の多様な研究分野を提供しています。ミュンスター大学（WWU）応用物理学研究所の一部である光学技術グループは、非線形光学やレーザー概念など、さまざまな分野で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学生のクリスティン・ウォールマイヤーは、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。クリスティンのセットアップには、光ファイバー発振器とそれに続く光ファイバー光パラメトリック発振器が含まれています。彼女の目標は、光ファイバー発振器を同期させ、光ファイバー光パラメトリック発振器のポンプを光ファイバー光パラメトリック発振器の出力に供給することです。彼女の研究は実験的な要素が強いため、探索的テストのために、毎日さまざまなテスト機器が必要です。 Moku:Proなど、 デジタルフィルターボックス (NAIST) 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：位相安定化のための2つのデジタルフィルタボックスとPIDコントローラを備えたマルチインストゥルメントモードの設定
課題
光ファイバーシステムは、機械的振動や温度変動などの環境変動に非常に敏感です。位相安定化には、システム内のあらゆる変化を修正するための、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できるほど高速でなければなりません。また、システムはノイズにも敏感であるため、クリーンな入出力信号を得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い場合、クリスティンは、フィードバック回路内の位相調整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フィルタリングするために、RCコンポーネントを使用したアナログフィルタを構築する必要がありました。Moku:Proを選択する前、クリスティンはArduino開発ボードから始めましたが、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。彼女は、セットアップのフィードバックループを安定化するにはArduinoのパフォーマンスが不十分であることにすぐに気づきました。Moku:Proは、速度の向上と、ソフトウェア定義の事前プログラム済み計測機器の完全なスイートのおかげで、彼女の研究にとってずっと効率的なソリューションでした。ソリューション
iPad インターフェースを介してマルチ機器モード (MiM) で Moku:Pro PID コントローラーとデジタルフィルターボックスを使用することで、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よりも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向上させ、共振周波数の範囲内の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、アナログ方式ですべてを購入して構築することなく、さまざまな設定を試すことができるので非常に便利です」と彼女は言いました。使いやすい PID コントローラーが、クリスティンが Moku:Pro を実験に組み込む主な動機でした。図2に示すように、外乱が発生すると、PIDコントローラは迅速に反応してシステムを安定化させます。信号経路上の複数のポイントをプローブできる機能により、クリスティンと彼女のチームは、内蔵オシロスコープを使用して、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観察できます。
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ます。