使用 Moku:Pro 提升光钟的性能

柏林洪堡大学是德国著名的公立大学，在支持前沿科学研究方面有着悠久的历史。 这所大学与物理学领域无数的重大突破息息相关，其令人印象深刻的校友名单中就包括阿尔伯特·爱因斯坦。

朱利安·克鲁格，博士集成量子传感器联合实验室 (www.iqs.berlin) 的候选人正在努力扩大该大学的突破性研究遗产。 Julien 正在开发时间和频率基准，也称为光学时钟。 他与世界著名的费迪南德-布劳恩研究所密切合作，该研究所也是一家位于柏林的应用型研究中心，开发并提供具有所需特定性能的激光光源。 在德国航天局 (DLR) 资助的一个研究项目中，朱利安希望创建用于空间应用的移动光学时钟和用于全球定位服务的全球导航卫星系统 (GNSS)。 稳定的移动光学时钟的发展为推进太空导航提供了令人兴奋的新机遇，同时支持电信等关键地面应用。

为了进行这项开创性的研究，朱利安利用了 Moku:Pro （图1）。 这种基于 FPGA 的先进测试设备提供超过 15 种软件定义的仪器——从常见的工作台必需品到独特的必备仪器——甚至可以简化最高程度的实验实验室设置。 使用两台配备了 激光锁频/稳频器, 数字滤波器, 锁相放大器和 PID 控制器 Julien 通过在各种稳定装置中使用精密仪器来推进他的研究。

起初，朱利安和他的团队采用了模拟的自制锁定电子设备，这是激光锁定的常见方法。 虽然这种方法可能有效，但很容易出现多种并发症，导致进展困难。 例如，如果实验室中的温度发生轻微变化，时钟信号就会发生变化，从而干扰锁。

此外，模拟系统配置复杂且难以调整。 精确的设置花费了团队宝贵的时间，因为他们的大量测试无法自动化。 所有经过计算、细致的测试都必须手工完成——这是一个繁琐的过程，需要大量的人工干预。 如果他们想要进行重复测试，团队必须一遍又一遍地设置实验，同时亲自记录数据。

从手动方法切换到 Moku:Pro 后，Julien 和他的团队凭借无缝、准确地自动化测试和记录数据的新能力，节省了大量时间并加快了研究速度。 Moku:Pro 对信号进行数字解调并生成正确的频率边带，在温度设置点方面没有任何问题。 最重要的是，现在一切都由方便、可移动的设备控制 iPad的.

此外，经过一整年的手动方法故障排除，Julien 和他的团队无法确定提高时钟稳定性的最佳方法。一旦他们发现问题是模拟组件中的直流噪声，在其数字信号链中切换到 Moku:Pro 就完全解决了问题，此外，它还改善了与温度相关的问题。他们更改了模拟设置，改为启用 Moku:Pro 仪器 多仪器并行模式 （图2）。 他们首先利用数字滤波器盒仪器滤除光学时钟中的噪声，然后将信号输入两个激光锁盒仪器（图 3）以生成稳定的信号。

切换到 Moku:Pro 后，Julien 的团队变得更加高效，因为他们可以通过以下方式以编程方式访问 Moku 仪器： APIs 以减少重复的手动测试。他们利用 Python 控制 Moku:Pro，实现测试自动化，并与软件定义的仪器进行全面交互。借助多仪器模式，团队可以自动化整个测试设置，而非单台仪器。

“多仪器模式赋予了我们真正需要的灵活性，”Julien说道。“我们再也不用费力摆弄线缆了！”

在多仪器模式下引入 Moku:Pro 锁相放大器和 PID 控制器仪器后，Julien 注意到系统稳定性显著提升。团队还使用了 Moku:Pro 波形发生器来生成精确的调制频率。这项技术使 Julien 能够进行频率调制光谱（也称为双光子光谱），从而进一步开展实验。

由于 Moku:Pro 包含高精度、高效的稳定器，可以抵抗温度变化，因此它在几秒钟内解决了 Julien 长达一年的主要问题。 此外，团队还对使用 iPad 控制 Moku:Pro 的选项表示赞赏。 他们可以方便地移动到实验室的任何地方来记录数据，从而将他们从实验室工作台上解放出来，观察实验并查看测试结果。

“Moku 正是我们想要的，”Julien 说。

Julien 计划继续使用 Moku:Pro 推进他的实验，使用一个设备持续执行频率稳定，使用另一个浮动装置，以便实验室成员可以使用多仪器模式下的数字滤波器盒、锁相放大器和频谱分析仪等仪器分析噪声。