개요
Chapman University에서 Mark Harrison 박사와 그의 연구 그룹은 디지털 정보 처리 및 광학 컴퓨팅을 위한 통합 광자 논리 구성 요소를 설계하고 있습니다. 제한된 공간과 접근하기 어려운 장비로 인해 광학 및 포토닉스 연구실의 효율성과 작업 흐름은 필수적입니다. Moku:Pro를 사용하여 장비 설치 공간과 복잡한 케이블링을 줄이고 실험실 어디에서나 무선 기기 제어 및 데이터 로깅을 통해 작업 흐름을 단순화할 수 있었습니다.
난제
많은 연구자들이 직면한 과제 중 하나는 실험을 수행하는 데 필요한 모든 장비를 둘 수 있는 충분한 공간을 찾는 것입니다. 이는 레이저, 모듈레이터, 디텍터 외에도 파형 발생기, 오실로스코프, 락인 증폭기와 같은 장비가 종종 필요한 광학 및 포토닉스 분야에서 특히 그렇습니다.
“Chapman University에서는 공학 랩 공간을 여러 교수진이 함께 공유하기 때문에 특히나 공간이 제한되어 있습니다. 레이저 연구실에는 진동에 민감한 광학 장비를 갖춘 두 개의 대형 광학 테이블이 있는데 우리는 테이블에 공간이 부족해서 계속해서 장비들을 옮겨대고 있었습니다.”라고 Fowler School of Engineering의 조교수인 Mark Harrison 박사가 말했습니다. "Moku:Pro는 연구실을 체계적으로 유지하고 실험용 광학 및 포토닉스 연구실을 운영하는 데 필수적입니다."
해리슨 박사와 그의 팀은 광 신호의 위상에 따라 작동하는 통합 광자 논리 구성 요소를 설계하고 있습니다. 시간이 지남에 따라 변화하는 광 신호의 위상을 정확하게 감지하고 기록하는 것은 장치 성능을 이해하는 데 중요합니다. 호모다인 일관성 감지를 사용하여 테스트 대상 장치의 출력 신호와 로컬 오실레이터(LO) 사이의 상대 위상을 추출합니다.
그림 1: 광학 부품, 테스트 중인 장치 및 전자 장비를 사용한 일관된 감지 설정
일관성 있는 감지 설정(그림 1)은 테스트할 장치, 필요한 광학 구성 요소, 데이터를 작동하고 기록하는 전자 장비(예: 파형 발생기 및 오실로스코프)로 구성되어 상당히 복잡합니다. 파형 발생기는 위상 변조기를 구동하고 오실로스코프는 균형 잡힌 광수신기의 출력을 디지털화하고 보는 데 사용됩니다. 구동 신호를 수신된 신호와 직접 비교하기 위해 오실로스코프에서 파형 발생기 출력을 보는 것도 유용합니다.
해법
Moku:Pro는 파형 발생기와 오실로스코프 기능을 모두 수행하여 상당한 공간을 절약합니다. 다중 계측기 모드(그림 2)를 사용하면 두 계측기를 동시에 사용할 수 있으며, 계측기 간 연결은 외부 커넥터뿐만 아니라 내부 커넥터로도 가능합니다. 이 설정에서 파형 발생기 출력 신호는 위상 변조기를 구동하기 위해 외부 커넥터 중 하나인 출력 1로 연결되고, 시각화를 위해 오실로스코프의 입력 A로도 내부적으로 연결됩니다. 오실로스코프의 입력 B는 외부 커넥터인 입력 1에 매핑되고 평형 광수신기 출력 신호에 연결됩니다.
그림 2: 파형 생성기와 오실로스코프로 구성된 Moku:Pro 다중 계측기 모드. 향후 확장을 위해 2개의 추가 슬롯이 있습니다.
다중 계측기 모드에서 신호 연결을 유연하게 매핑하면 필요한 BNC 케이블 수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 소프트웨어에서 즉시 재구성할 수 있으므로 여러 입력 및 출력 커넥터 간에 케이블을 이동할 필요도 없습니다. 특히 광학 테이블 위 선반에 있는 장비는 손이 닿기 어려워 손이 닿지 않는 곳에 있기 때문에 채프먼 대학교 팀에게 매우 유용합니다. iPad Pro를 이용한 Moku:Pro의 무선 제어 기능 또한 접근성 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 합니다. 덕분에 파형 발생기 설정을 조정하고 오실로스코프를 실시간으로 모니터링하여 실험실 어디에서나 데이터를 확인하고 기록할 수 있습니다.
그림 3: 채널 A의 파형 발생기 출력을 빨간색으로 표시하고 채널 B의 테스트 설정에서 감지된 일관된 신호를 보라색으로 표시하는 Moku:Pro의 오실로스코프 인터페이스.
또한 지속적인 테스트 기능 확장 계획을 통해 Moku:Pro는 Chapman University 연구실에 "미래를 위한 보험"을 제공합니다. Harrison 박사는 "미래에는 락인 증폭기가 필요할 것입니다. 실험실에 또 다른 부피가 큰 장비를 추가하지 않고도 Moku:Pro를 사용하여 원할 때 언제든지 락인 증폭기를 사용할 수 있다는 점을 알게 되어 기쁩니다."라고 말했습니다. 다른 계획에는 Moku 클라우드 컴파일을 사용하여 FPGA에서 실시간으로 추가 처리를 구현하여 아이 다이어그램이나 의사 무작위 비트 시퀀스 생성과 같은 기능을 비용 효율적인 방식으로 생성하는 것이 포함됩니다.
결과
Moku:Pro는 연구실의 광 간섭성 감지 설정에 필수적인 구성 요소입니다. 무엇보다도 이는 기관에서 부족한 자원인 공간을 절약하는 데 도움이 되었습니다. 둘째, 연구원들이 장비의 중요한 전자 부품을 단일 장치에 결합할 수 있도록 하여 실험 설정을 단순화했습니다. 이를 통해 전자 부품을 보다 빠르고 쉽게 재구성하여 시간을 절약할 수 있었습니다. 마지막으로, 추가 도구나 Moku 클라우드 컴파일을 통해 향후 더 복잡하거나 맞춤화된 기능을 구현할 수 있어 비용이 절감됩니다.
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