이 요약과 Q+A는 우리의 웨비나를 보완합니다. 원자 시스템과 재구성 가능한 계측기를 사용한 양자 감지 우리가 공동 주최한 포토닉스 미디어 23년 2025월 XNUMX일. 라이브로 참석하지 못했다면 지금 등록할 수 있습니다. 주문형 액세스.
웨비나 요약 외에도 아래에서 일부 청중의 질문에 대한 심층적인 답변을 제공하고 있습니다.
웨비나 요약
이 발표에서는 양자 센싱의 기본 원리를 소개하는 것으로 시작했습니다. 여기에는 양자 센서 제작에 필요한 요건과 중성 원자와 램지 간섭계를 이용한 자기 측정에 대한 심층적인 설명이 포함되었습니다. 이어서 레이저 불안정성, 지터, 낮은 신호 대 잡음비(SNR) 등 양자 센싱 실험 수행에 따르는 여러 어려움에 대해 논의했습니다. 마지막으로 Moku를 소개하고 이러한 과제를 해결하는 데 도움이 될 수 있는 몇 가지 장비를 강조했습니다.
라이브 데모에서 우리는 위상 안정성을 평가하고 정확한 시간 간격을 측정하기 위한 다양한 기술을 보여주었습니다. 위상 계측기 및 시간 및 진동수 분석기. 또한 Moku를 사용하여 Ramsey 시퀀스를 모방했습니다. 임의 파형 발생기 그리고 입력 펄스를 복조하는 방법을 보여주었습니다. 락인 증폭기.
청중의 질문
내장 프리앰프가 없는 경우, Moku 장치의 입력 감도는 ADC 분해능과 입력 전압 범위에 따라 결정됩니까? 노이즈, 온도 및 기타 비이상적인 요인의 영향을 포함한 실제 환경에서 실제 감도를 어떻게 결정할 수 있습니까?
모쿠:델타 및 Moku:Pro 장치는 넓은 주파수 범위에서 성능을 최적화하기 위해 블렌디드 ADC 아키텍처를 사용합니다. 낮은 주파수에서는 신호 경로에 고해상도 ADC(Moku:Delta에서 최대 20비트)가 사용되고, 높은 주파수에서는 더 빠르고 저해상도 ADC(Moku:Delta의 경우 14비트)가 사용됩니다. 이러한 방식은 넓은 대역폭에서 낮은 노이즈를 유지하지만, 입력 감도가 고정된 값이 아니라는 것을 의미합니다.
이론적인 분해능은 비트 심도와 전체 입력 범위를 기반으로 추정할 수 있습니다. 예를 들어, ±20V 범위(5Vpp)에서 10비트 분해능은 약 9.5µV의 양자화 스텝을 생성합니다. 그러나 이 수치는 ADC의 이상적인 양자화 한계만을 반영합니다. 실제로 감도는 시스템의 잡음 플로어에 의해 정의되며, 여기에는 열 잡음, 아날로그 프런트엔드 부품, 레퍼런스 안정성, 심지어 클럭 지터까지 포함됩니다. 이러한 요소들은 주파수와 환경에 따라 달라집니다.
실제 감도를 확인하려면 입력을 50Ω으로 단락하거나 종단 처리한 스펙트럼 분석기 장비를 사용하는 것이 좋습니다. 이렇게 하면 관심 주파수 대역 내의 RMS 잡음을 직접 측정할 수 있습니다. 더 나은 성능을 위해서는 스펙트럼 분석기의 상호 상관 함수 개별 채널의 잡음 플로어 아래의 신호를 복구할 수 있어 상관 없는 잡음 소스를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.
매우 낮은 레벨(µV 또는 nV)의 신호가 관련된 애플리케이션의 경우, 많은 사용자가 외부 저잡음 프리앰프를 통합하여 프런트엔드 감도를 특정 측정 요구 사항에 맞게 유연하게 조정할 수 있습니다. Moku의 유연한 아키텍처를 통해 시스템의 유효 감도를 정밀하게 특성화할 수 있으며, 평균화, 필터링, 락인 감지와 같은 스마트 신호 처리 기술을 통해 ADC의 공칭 LSB보다 훨씬 낮은 신호를 추출할 수 있습니다.
PLL과 PID 피드백이 가능합니까?
네, Moku는 PLL(위상 잠금 루프)과 PID(비례-적분-미분) 제어를 구현하기 위한 전용 도구를 제공합니다.
PLL은 주기적인 입력 신호를 모니터링하고 주파수 또는 위상이 기준값에서 벗어나는 경우 오차 신호를 생성하는 데 사용됩니다. 이 오차 신호는 전압 제어 발진기(VCO) 또는 다른 액추에이터를 구동하여 출력을 입력에 "고정" 상태로 유지합니다. 사용자는 록인 앰프(Lock-in Amplifier) 및 파형 발생기(Waveform Generator)와 같은 계측기를 사용하여 맞춤형 PLL을 생성할 수 있으며, Phasemeter 계측기는 각 입력 채널에 마이크로라디안 수준의 위상 추적 분해능을 위한 PLL을 내장하고 있습니다.
PLL에 대해 자세히 알아보려면 다음을 참조하세요. 해당 주제에 대한 웨비나.
일반적인 피드백 애플리케이션의 경우, 모든 Moku 장치는 독립형 PID 컨트롤러 계측기를 지원합니다. 또한, 레이저 잠금 장치(Laser Lock Box)와 잠금 증폭기(Lock-in Amplifier)를 포함한 여러 계측기는 해당 계측기 내에서 실시간 피드백을 구현하기 위한 통합 PID 제어 블록을 제공합니다.
제어 이론 및 PID 설계에 대해 알아보려면 다음을 참조하세요. 애플리케이션 노트.
이러한 기능을 통해 사용자는 공동 안정화부터 능동 주파수 잠금 및 드리프트 보상까지 다양한 고전적 및 양자 감지 실험에서 폐쇄 루프 제어를 구현할 수 있습니다.
최대 출력 대역폭은 얼마인가요? Moku 기기 중 IQ 믹싱이나 업컨버전을 지원하는 기기가 있나요?
Moku:Pro는 최대 500MHz의 신호 생성과 최대 600MHz의 신호 수집을 지원하는 반면, Moku:Delta는 입력 및 출력 대역폭을 모두 2GHz까지 확장합니다. 예를 들어, 고체 큐비트 또는 기타 마이크로파 주파수 전이를 구동하기 위해 GHz 범위의 신호를 생성하거나 측정해야 하는 경우, 일반적으로 상향 변환 또는 하향 변환을 위해 외부 IQ 믹서를 사용합니다.
모든 Moku 장치는 다음을 통해 IQ 파형 생성을 지원합니다. 임의 파형 발생기위상 동기화된 기저대역 I 및 Q 신호를 생성하여 외부 IQ 믹서에 직접 공급할 수 있습니다. 이를 통해 외부 국부 발진기(LO)를 사용하여 신호를 마이크로파 영역으로 이동할 수 있습니다. 이는 양자 실험뿐만 아니라 레이더 프로토타입 제작, 무선 통신 및 기타 고주파 응용 분야에도 널리 사용되는 효과적인 기술입니다.
따라서 IQ 믹서 하드웨어는 외부에 있지만, 장치의 아날로그 출력 대역폭 내에 있는 한 어떤 장치를 사용하든 Moku가 베이스밴드 신호 생성을 완벽하게 처리할 수 있습니다.
Moku를 사용할 때 달성 가능한 시간 해상도는 얼마입니까? 실제 한계에 영향을 미치는 요인은 무엇입니까?
모쿠:프로 시간 및 진동수 분석기 0.78ps의 디지털 빈 폭을 특징으로 하는데, 이는 노이즈가 없는 상태에서 두 이벤트 간의 최소 분해 가능 시간 차이를 정의합니다. 하지만 이 수치를 맥락에 맞게 해석하는 것이 중요합니다. 일반적으로 빈 폭이 아니라 지터가 실제 시간 분해능을 제한하는 요소입니다.
Moku:Pro의 경우, 계측기 지터는 RMS 20ps 미만으로 지정됩니다. 이는 주로 내부 시스템 클럭의 안정성과 위상 잡음, 그리고 TTL 펄스와 같은 디지털 이벤트의 신호 경로에 포함되는 ADC 및 아날로그 프런트엔드의 타이밍 정밀도에 의해 결정됩니다. 이 지터는 두 개의 독립적인 이벤트 사이의 시간을 얼마나 정확하게 측정할 수 있는지에 대한 실질적인 한계를 정의합니다.
간단히 말해서 지터는 다음을 반영합니다. 타이밍 불확실성 하드웨어에 의해 도입되며 일반적으로 정밀 타이밍 애플리케이션에서 지배적인 제한 요소입니다. 세분성 타임스탬핑 시스템의 경우입니다. 이 두 가지 수량의 차이점에 대해 자세히 알아보려면 다음을 참조하세요. 애플리케이션 노트 주제에.
Moku의 타이밍 성능 수준은 우연 감지, 시간 상관 단일 광자 계수(TCSPC), 피코초 수준의 분해능이 필요한 양자 광학 실험과 같은 애플리케이션에 매우 적합합니다.
웨비나를 시청해 주셔서 감사합니다. 추가 질문이 있으시면 아래 링크를 참조해 주세요.
