이 요약과 Q+A는 "라는 제목의 웹 세미나를 보완합니다.재구성 가능한 계측기를 통한 고성능 PDH 잠금, 18년 2024월 21일에 Photonics Media와 공동으로 주최했습니다. 중국어 버전의 웨비나는 XNUMX월 XNUMX일에 Aunion Tech에서 주최했습니다. 두 라이브 모두 참석할 수 없었다면, 주문형 액세스를 위해 지금 등록하세요.
웨비나 요약 외에도 아래에서 일부 청중의 질문에 대한 심층적인 답변을 제공하고 있습니다.
웨비나 요약
이번 웨비나는 세 부분으로 구성되었습니다. 첫 번째 부분에서는 레이저를 안정화하는 동기와 방법, 그리고 그 응용에 대해 논의했습니다. 또한 측면 잠금, 디더 잠금, PDH(파운드-드레버-홀) 잠금 등 레이저를 광학 참조 공동에 고정하는 다양한 기술을 각각의 상대적인 장단점과 함께 공유했습니다.
두 번째 부분에서는 레이저 잠금의 물리학에 대한 심층적인 교육학적 탐구를 제시했습니다. 우리는 PDH 오류 신호 생성 프로세스를 시각화하는 데 도움이 되는 그래픽 보조 자료와 함께 위상 변조, I/Q 신호, 공동 역학과 같은 신호 처리 주제를 탐구했습니다.
마지막 부분에서는 라이브 시연을 진행했습니다. Moku 레이저 잠금 상자 올인원 레이저 안정화 도구로 사용됩니다. 우리는 다음을 사용하여 레이저 잠금 설정을 에뮬레이션했습니다. 다중 기구 모드 전적으로 Moku:Pro, 주파수 소스 역할을 하는 파형 발생기와 참조 캐비티 역할을 하는 디지털 필터 박스를 사용합니다. 우리는 PDH 방법을 사용하여 유사 공동에 대한 잠금 장치를 설정했습니다.
청중의 질문
이 기기와 함께 사용하려면 추가 기준 공동과 전기광학 변조기(EOM)가 필요합니까?
예. PDH 잠금 설정에서 Moku 레이저 잠금 상자는 잠금 증폭기, 저역 통과 필터, PID 컨트롤러 및 변조 소스의 기능을 대체합니다. 잠금에 대한 정확한 구성과 요구 사항은 크게 다를 수 있으므로 사용자는 자신의 EOM, 참조 캐비티 및 포토다이오드를 제공해야 합니다.
Moku를 Hänsch-Couillaud 잠금에 사용할 수 있습니까?
웨비나에서는 다루지 않았지만 Hänsch-Couillaud 방법은 또 다른 레이저 잠금 기술입니다. 여기에는 선형 편광 레이저 빔을 생성하고 이를 기준 공동 내부에 배치된 편광판을 통해 보내는 작업이 포함됩니다. 공동에서 나온 후 반사된 빔은 빔 분할기를 통과하여 두 개의 광검출기 중 하나로 전달되었습니다. 오류 신호는 단순히 이러한 검출기의 광전류 간의 차이입니다.
이 경우에는 주파수 변조, EOM 또는 복조가 필요하지 않으므로 Laser Lock Box 기능 중 이 부분은 필요하지 않습니다. Laser Lock Box의 메인 화면에서 사용자는 복조 소스를 "없음"으로 설정할 수 있으며 입력 A는 빠르고 느린 PID 매개변수가 정상으로 설정된 오류 신호 자체가 됩니다.
모쿠 PID 컨트롤러 피드백 신호를 생성하는 기능 외에도 내장된 제어 매트릭스를 통해 차동 증폭기 역할을 하여 이 잠금 방법을 수행할 수도 있습니다.
Moku는 PDH 프로세스 중에 직교 복조를 지원할 수 있습니까?
Laser Lock Box는 현재 오류 신호에 대한 단상 복조를 제공합니다. 모쿠 락인 증폭기반면에 는 이중 위상 복조 옵션뿐 아니라 직사각형(X/Y) 좌표와 극좌표(R/Θ) 사이의 선택도 제공합니다. 레이저 잠금 요구 사항에 따라 IQ 복조를 사용해야 하는 경우 그림 1과 같이 피드백 신호 생성을 위해 내장형 PID 컨트롤러와 함께 Moku 잠금 증폭기를 사용하는 것이 좋습니다.
그림 1. 장비 출력에 내장된 PID 컨트롤러와 함께 X 및 Y 좌표를 보여주는 Moku 잠금 증폭기 장비.
어떤 디지털 필터링 옵션을 사용할 수 있나요?
Moku Laser Lock Box에는 신호 처리 체인에 디지털 저역 통과 필터가 내장되어 있으며 복조 직후 고주파 성분을 제거합니다. 이 필터의 코너 주파수는 임의로 설정할 수 있습니다. 입력 또는 출력 신호를 추가로 필터링해야 하는 경우 Laser Lock Box를 다음과 함께 사용할 수 있습니다. 디지털 필터 박스디지털 필터 박스에는 2가지 유형(가우시안, 버터워스 등)의 저역 통과, 고역 통과 및 대역 통과 필터에 대한 옵션이나 사용자 정의 필터 기능이 포함되어 있습니다. 사용자는 DSP 체인의 신호에 전압 오프셋이나 이득을 추가할 수도 있습니다.
그림 2. Moku 디지털 필터 상자는 포토다이오드의 입력 신호를 필터링하여 레이저 잠금 상자를 보완할 수 있습니다.
PID 매개변수를 최적화하기 위한 확립된 프로세스가 있습니까?
다양한 실험에 필요한 PID 매개변수는 크게 다를 수 있으므로 PID 매개변수를 최적화하기 위한 표준 프로세스는 없습니다. 다음과 같은 일부 알고리즘 프로세스 지글러 니콜스 방법, 자동화를 돕기 위해 존재합니다. 일반적으로 잡음이 있는 주파수(보통 낮은 주파수)에서는 게인을 최대한 높게 설정하고 감지 잡음이 지배적인 곳(보통 높은 주파수)에서는 최대한 낮게 설정하는 것이 바람직합니다. 그러면 단위 이득은 중간 주파수에 있게 되며, 여기서 시스템의 안정성을 주의 깊게 다루어야 합니다. Moku PID 컨트롤러를 최적화하는 데 도움이 필요하면 당사를 확인하십시오. 기술 자료.
측파대가 공동의 선폭 내에 있으면 어떻게 됩니까? PDH는 여전히 작동하나요?
PDH 잠금 중에 반송파 주파수가 있는 레이저 빔 ω0 일반적으로 EOM에 의해 위상 변조되어 주파수에서 측파대를 생성합니다. ω0 ±Ω. 캐비티 자체에는 캐비티 공진 모드의 FWHM(전폭 반값)으로 정의된 자체 선폭이 있습니다. ΔΩ.
공동 대역폭보다 느린 변조 주파수를 사용하여 레이저를 잠그는 것이 실제로 가능합니다(즉, Ω.<<ΔΩ). 이 기술은 때때로 떨림 레이저 주파수는 본질적으로 캐비티 내에서 단열적으로 스윕되기 때문에 잠금이 발생합니다. 일반적인 디더 잠금 오류 신호의 결과는 그림 3에 나와 있습니다. 이 기술은 여전히 레이저를 잠그는 데 사용할 수 있는 비대칭 오류 신호를 생성하지만 속도가 저하됩니다. 앞서 언급한 것처럼 변조 주파수는 느려야 하며 이는 PID 컨트롤러가 신호에 응답하는 속도를 제한합니다.
좁은 캐비티를 사용한 최적의 제어를 위해서는 캐비티 선폭보다 훨씬 높은 속도로 레이저 주파수를 변조하는 것이 좋습니다. Ω.>>ΔΩ. 그림 3에서 볼 수 있듯이 오류 신호는 XNUMX 근처에서 날카로운 선형 동작을 가지며, 이는 PID 컨트롤러가 레이저 주파수의 드리프트에 훨씬 더 빠르게 반응할 수 있음을 의미합니다.
그림 3. 캐비티 선폭의 내부(상단)와 외부(하단) 측파대를 통해 생성된 PDH 오류 신호. 캐비티 선폭이 변조 주파수보다 훨씬 작은 경우 영점 교차점 근처에서 가파른 경사가 생성되어 정확하고 신속한 PID 제어가 가능합니다.
출력 신호/피드백 신호에 존재하는 노이즈 분석을 어떻게 권장하시겠습니까?
The Moku 레이저 잠금 상자 내장을 제공합니다 PID 컨트롤러 빠르고 느린 제어 신호를 모두 출력할 수 있습니다. 이러한 신호를 분석하는 방법에는 두 가지가 있습니다. 첫 번째는 임베디드를 사용하는 것입니다. 오실로스코프 Laser Lock Box 구성 화면의 출력 A 및 출력 B 근처의 프로브 지점을 선택하여. 필요한 경우 오실로스코프의 수학 채널을 사용하여 그림 4와 같이 FFT 분석을 수행합니다. 이는 피드백 신호가 레이저로 전달되기 전에 확인하는 빠르고 효율적인 방법입니다.
그림 4. 내장 오실로스코프에서 볼 수 있는 빠르고 느린 PID 제어 신호. 주파수 영역 분석을 위해 Math 채널이 활성화됩니다.
피드백 신호에 대한 보다 엄격한 분석이 필요한 경우 다음을 사용할 수 있습니다. 다중 기구 모드 레이저 잠금 상자를 옆에 실행하십시오. 모쿠 스펙트럼 분석기. 그림 5에서 볼 수 있듯이 레이저 잠금 상자의 출력은 스펙트럼 분석기의 입력으로 전환될 수도 있으므로 스펙트럼 분석기의 신호를 모니터링하는 동시에 피드백 루프를 작동할 수 있습니다.
그림 5. 레이저 잠금 상자 및 스펙트럼 분석기를 위한 다중 장비 모드 설정. 빠르고 느린 PID 제어 신호에 해당하는 Laser Lock Box의 출력 채널은 Moku 전면 패널의 디지털-아날로그 변환기(출력 1 및 출력 2)로 전송됩니다. 동시에 신호는 주파수 도메인 모니터링을 위해 스펙트럼 분석기로 전달됩니다.
Moku 내에서 자신의 악기를 코딩하고 사용할 수 있습니까?
Moku 장치에서 사용자 정의 도구를 실행하는 데 관심이 있다면 다음 내용을 읽어보세요. Moku 클라우드 컴파일. Moku Cloud Compile을 사용하면 VDHL에서 자신만의 FPGA 코드를 작성하고 당사 웹사이트에서 컴파일할 수 있습니다. 코드가 컴파일된 후 비트스트림을 다운로드하여 장치에 배포할 수 있습니다. 다음을 포함한 예제 도구도 찾을 수 있습니다. 박스카 평균기 및 이동 평균 필터.
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