Ổn định laser với m w88: Pro tại Viện nghiên cứu XLIM

Chúng tôi muốn giới thiệu mức độ linh hoạt của m w88: Pro cho phép ổn định laser, điều khiển EOM và các phép đo phân tán Alan có thể đạt được chỉ bằng một thiết bị

ngày 16 tháng 9 năm 2022

xlim

Người đóng góp: Benoit Deborde, Feta Benavid, Thomas Bilotte, Clement Goycoa

Tóm tắt

Tại Viện XLIM, các nhà nghiên cứu từ nhóm Vật liệu lò vi sóng Photonic pha khí (GPPMM) đã nêu
Chúng tôi đang làm việc trên các thí nghiệm trong lĩnh vực sợi tinh thể photonic lõi rỗng (HC-PCF)
Ổn định laser là điều cần thiết cho các thí nghiệm của chúng và ở đây chúng tôi trình bày sự ổn định của quá trình chuyển đổi D2 của hơi Rubidium 85 thu được bằng cách hấp thụ bão hòa
7869_7949

Thử thách

Để quan sát việc truyền Rubidium phụ của Rubidium, hoạt động như một mô-đun quang phổ hấp thụ bão hòa (SAS) tạo ra tín hiệu hấp thụ,
Xây dựng một thiết lập quang học và điện bao gồm các tế bào Rubidium (RB) có bán trên thị trường
Laser có thể điều chỉnh ở bước sóng khoảng 780nm được chia giữa bộ điều biến quang điện (EOM) và đồng hồ đo bước sóng
Một số loại thiết bị là cần thiết để ổn định laser, điều khiển EOM và đo phân tán Alan

Hình 1:
trên đỉnh: một thiết lập ánh sáng trong đó màu xanh nhạt biểu thị kết nối điện của m w88: pro Đầu vào của m w88: Pro nằm ở bên trái và đầu ra ở bên phải　
dưới cùng: m w88: Cấu hình chế độ đa hướng dẫn của Pro m w88: Cấu hình chế độ đa thông tin Pro với Trình tạo dạng sóng, hộp khóa laser và đồng hồ pha

Độ phân giải

m w88: Chế độ đa thông tin của Pro cho phép các nhà nghiên cứu XLIM thiết lập nhiều thiết bị cùng một lúc
Trong trường hợp này, nó hoạt động như một việc thu thập dữ liệu cho trình tạo dạng sóng, bộ khuếch đại khóa, bộ điều khiển PID kép và phân tán Alan
Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng các thiết bị như trình tạo dạng sóng, hộp khóa laser hoặc đồng hồ pha
Trình tạo dạng sóng được liên kết với bộ điều biến quang điện thông qua đầu ra đầu tiên của m w88: Pro (ở đây, được đặt tên là "Sắp xếp 1" trong cài đặt Pháp),
Điều chỉnh tần số quang của chùm tia laser đầu dò
9064_9123
Cũng được liên kết với mục nhập thứ hai, nó có thể được sử dụng để trộn tín hiệu, giải điều chế và ứng dụng khóa laser
Hộp khóa laser ra khỏi ô RB (đầu vào đầu tiên của m w88: Pro, "ENT 1"),
Nó cũng được liên kết với tín hiệu photodiode (mô-đun SAS) gây ra bởi ánh sáng truyền của chùm phụ của chùm tia thăm dò
Cả hai kênh đầu ra của hộp khóa laser (A và B) sẽ được sử dụng để điều khiển servo laser ("Sắp xếp 2") và quét ("Sắp xếp 3")
và để đo lường sự phân tán Alan, đại diện cho giám sát tín hiệu DC photodiode và chất lượng ổn định của laser bị khóa
Đồng hồ pha được sử dụng làm công cụ mua lại

Mô -đun đầu tiên được sử dụng là bộ tạo dạng sóng được hiển thị trong Hình 2, điều chỉnh chùm tia laser đầu dò ở tần số 500 kHz
Nếu cần, một máy phát dạng sóng thứ hai có thể được sử dụng cho đầu ra B của thiết bị (dưới cùng của Hình 1) để thu được tín hiệu trong chế độ liên quan đến đầu ra A

Hình 2: Giao diện thiết bị của Bộ tạo dạng sóng hiển thị các chức năng được tạo ở trên cùng
Kênh máy phát bên dưới (màu tím) không được sử dụng ở đây

tham số hộp khóa laser được hiển thị trong Hình 3
Đầu ra và đầu vào A và B tương ứng với các hình ảnh được hiển thị trong Hình 1
Đầu vào A tương ứng với tín hiệu photodiode trong suốt được điều chế tần số và đầu vào B tương ứng với tín hiệu được điều chế từ bộ tạo dạng sóng

Hình 3: Sơ đồ khối với hộp khóa laser và máy hiện sóng để theo dõi tín hiệu
mỗi thành phần điện tử có thể được đặt bằng cách nhấn vào màn hình iPad
Ngoài các bộ dao động bên ngoài, còn có các tab (không được hiển thị) cho các tham số quét

Đầu tiên, tín hiệu DC laser đã mở khóa được hiển thị trong Hình 4 RMS đo được của nó là khoảng 13mV
10705_10759
Quét laser được thiết lập ở 35Hz và 14MV với m w88: Pro thông qua đầu ra B của hộp khóa laser ("Sắp xếp B" trong Hình 3)
Khóa quét được đặt trực tiếp với bộ điều khiển diode
Đặt vòng lặp pha PLL (PLL) trên đầu vào B và giải điều chế tín hiệu với bộ lọc Butterworth thấp 2 với tần số cắt được đặt thành 70kHz
Biểu tượng "Tap-to-lock" của m w88: Pro (chú thích trong Hình 3) có thể được sử dụng để khóa laser và nhận tín hiệu lỗi (đường cong màu đỏ trong Hình 3)
Khóa có thể được đặt bằng cách nhấp vào vòng tròn màu đỏ trên máy hiện sóng

Hình 4: Bộ điều khiển tốc độ cao PID với các tham số mặc định
Tín hiệu DC của laser được hiển thị màu đỏ và được xuất trực tiếp từ photodiode

Tín hiệu bị khóa thông qua bộ điều khiển PID tốc độ cao (đầu ra A trong Hình 3, đầu nối vật lý Sắp xếp 3 trong Hình 1)
Đã gửi đến điều khiển dòng laser và được tối ưu hóa với các tham số PID được hiển thị trong Hình 5

Hình 5: Bộ điều khiển PID tốc độ cao với các tham số được tối ưu hóa
Tín hiệu DC bị khóa được hiển thị màu đỏ và được xuất trực tiếp từ photodiode

Các tham số khác nhau đã được đặt, chẳng hạn như mức tăng tỷ lệ và bộ tích hợp (đầu của Hình 5)
Cũng có thể sử dụng các bộ tích hợp kép, phân biệt và độ bão hòa tích phân/khác biệt nếu cần thiết
Tối ưu hóa các tham số này đạt được bằng cách giảm RMS (RMS) của tín hiệu DC được đo ở dưới cùng của Hình 4 và 5
Trên thực tế, mức tăng tỷ lệ được tăng lên cho đến khi tín hiệu bắt đầu dao động và đặt ngay trước đó
Thực hiện cùng một thao tác trên bộ tích hợp và, nếu cần, tần số khác biệt
Chu kỳ này được lặp lại cho đến khi đạt được hiệu suất tốt để tối ưu hóa khóa "ngắn hạn"
Sau khi tối ưu hóa hoàn tất và laser bị khóa, bạn đã sẵn sàng đo độ lệch của Alan và đánh giá độ ổn định của laser

Để đo phân tán Alan, bạn có thể sử dụng một thiết bị gọi là đồng hồ pha có thể quan sát trực tiếp sự phân tán Alan của laser ổn định
Các phép đo này có thể được lưu trữ và phân tích trên iPad, USB hoặc trên đám mây
Tuy nhiên, vì dữ liệu đã lưu tương ứng với tần số, pha và biên độ của tín hiệu thô, phải thu được phương sai Alan

Nó cũng có thể được thực hiện bằng mã Python

Kết quả và kết luận

m w88: Pro là một công cụ đa chức năng với giao diện thân thiện với người dùng cho phép bạn đo lường, phân tích và sử dụng tín hiệu Bằng cách kết hợp một bộ tạo dạng sóng, hộp khóa laser và đồng hồ pha ở chế độ đa hướng dẫn, phổ doppel của Rubidium hơi ở khoảng 780nm có thể khóa tần số laser sang chuyển tiếp D2 RB mà không cần sử dụng bất kỳ thiết bị nào khác ngoài m w88: Pro

Truy cập m w88: PRO Sản phẩm trang