介绍
任何轻粒子搜索 (ALPS) 是德国电子同步加速器 (DESY) 的一个研究小组，DESY 是一家世界知名的基础科学研究机构，总部位于汉堡，也是德国最大的加速器中心（图 1）。遵循该机构的座右铭“解码物质”，博士后研究员 托德·科兹罗斯基 正在开展轴子探测项目，以更好地了解宇宙中的暗物质等物理现象。托德和由阿克塞尔·林德纳领导的 ALPS 研究小组的其他成员正在开发包括新光粒子在内的理论来描述宇宙，使用红外干涉测量法和极弱信号的异差传感来扩展公认的粒子物理模型。该小组的任务目标是“让光线穿过墙壁”，旨在探测称为弱相互作用亚电子伏特粒子 (WISP) 的粒子，更具体地说是轴子。虽然激光被墙壁阻挡，但轴子可以穿过。
使用四个 Moku:Lab 设备和一个 Moku:Pro 设备上，托德和他的团队在他们的研究目标上取得了令人难以置信的进展。 Moku:Lab 和 Moku:Pro 是基于 FPGA 的一体化设备，可提供超过 15 种测试仪器，包括常见的工作台必需品，例如 示波器 和 频谱分析仪，到强大的光学仪器，如 锁相放大器 和 激光锁频/稳频器.
面临挑战
托德的研究小组正尝试将激光器的频率稳定到一个具有极高单位增益频率和极窄线宽的光学谐振腔中。事实上，这个谐振腔的线宽是目前世界上所有光学谐振腔中最窄的，因此很难对其进行锁定（图2）。与许多光学研究人员一样，该团队最初尝试手工搭建一个模拟系统，但他们很快意识到该系统无法满足实验所需的灵活性。此外，该团队还在寻找由轴子再生而来的光子信号，这些信号以拍频的形式印刻在谐振腔的反射光中。这些场极其微弱，其等效功率相当于每天测量到的单个光子。更重要的是，光粒子转化为轴子的概率仅为1/1014¹⁴，这意味着该团队不能承受任何宝贵数据的丢失。
解决方案
Todd 和他的团队立即发现 Moku 不仅仅是一个直观的用户界面，它还是一个专业级的解决方案，可提供一整套高性能仪器，以加速尖端科学的发展。通过用 Moku 替换模拟电子设备，团队看到了灵活性的提高，以及快速迭代设计的能力，同时简化了数据记录，迅速消除了与采用软件定义仪器相关的任何犹豫。除了易于与他们的实验集成之外， Moku 能够直接匹配其定制设计的科学级模拟仪器的精度。他们通过利用 锁相放大器, 数字滤波器, 激光锁频/稳频器等等（图3）。
通过切换到 Moku:Lab 和 Moku:Pro，研究人员可以利用 Pound-Drever-Hall (PDH) 技术这有效地替换了他们的系统，使团队有时间进一步优化它。由于托德的团队不仅需要将激光频率锁定到光学腔，还需要检测极其微弱的信号，因此他们在寻找锁相放大器时再次选择了Moku仪器。“我不知道我们是否能想到更好的方法来采集这些数据，”托德说。“Moku是自然而然的选择。”两台Moku设备使用频谱分析仪监测装置的相位锁定，分析低至微伏级的信号，以确保系统保持在“锁定”状态，所有激光器彼此同步。之后，另外两台Moku设备操作锁相放大器，利用外差干涉法读取这些信号，其中一些电压在亚纳伏范围内。
结果
托德和他的团队可以在两个光场（一个强场和一个非常弱的场）之间产生极其微弱的节拍音符信号。 它们的干扰产生的小节拍音符入射到光电探测器上，然后由 Moku:Lab 锁相放大器进行测量（图 4）。 该解决方案以预期的发生频率解调信号，使托德能够在数小时内将非常低的信号速率从外差混合的弱场解析到单个光子的数量级。 这些信号只有在数小时的数据记录完成后才会自行消失 - 这些数据均由嵌入锁定放大器内的数据记录器仪器获取，无需额外昂贵的仪器即可将信号信息记录到 SD 卡上，以确保可靠的信号信息。数据记录。
研究人员还利用 Moku:Pro 解决了一些意料之外的挑战，例如，当他们的实验架构发生微小变化，需要使用锁相环 (PLL) 时，他们可以快速地将 Moku:Pro 即时部署为 PLL，从而避免因需求变更而遇到障碍。“我们需要尽快找到解决方案，”Todd 说，“Moku:Pro 一经安装，从被带进洁净室到锁相环运行，只用了几个小时。”借助 Moku:Pro，团队可以轻松地在多仪器模式下使用激光锁相盒和频谱分析仪来分析所需的拍频信号，同时保持锁相。
结语
为了推进研究，Todd 和他的团队需要灵活、适用于多种应用且满足时钟稳定性、模数转换器 (ADC) 噪声和数模转换器 (DAC) 噪声等规格要求的测试设备。Moku 平台满足了这些要求，同时还提供了关键的仪器，使团队能够以新的方式监测信号、记录数据，并攻克物理学领域一些最棘手的测量难题。团队计划继续在实验中使用 Moku 设备。他们目前正在制定一项通过 API 控制这些设备的方案。到目前为止，他们已经集成了六台完全远程控制的 Moku 设备，用于进行测量和传输数据。他们利用 DESY 的全局控制系统，通过 Moku Python API（图 5）控制这六台 Moku 设备和五种不同的仪器，从而实现了这一目标。
