Moku:Lab新第十二個(gè)儀器功能激光鎖頻/穩(wěn)頻老翘，具備高性能調(diào)制技術(shù)將激光器的頻率穩(wěn)定到參考腔或原子躍遷芹啥。Moku:Lab激光鎖頻/穩(wěn)頻單一儀器集成了波形發(fā)生器、示波器铺峭、濾波器墓怀、PID控制器多儀器功能，包含快速精確掃描和鎖定診斷等自動(dòng)化程序卫键，能快速鎖定到誤差信號(hào)解調(diào)后的零交叉點(diǎn)傀履，為激光頻率穩(wěn)定提供了一體化解決方案。
Moku:Lab新第十二個(gè)儀器功能激光鎖頻/穩(wěn)頻莉炉，具備高性能調(diào)制技術(shù)將激光器的頻率穩(wěn)定到參考腔或原子躍遷钓账。Moku:Lab激光鎖頻/穩(wěn)頻單一儀器集成了波形發(fā)生器碴犬、示波器、濾波器梆暮、PID控制器多儀器功能服协，包含快速精確掃描和鎖定診斷等自動(dòng)化程序，能快速鎖定到誤差信號(hào)解調(diào)后的零交叉點(diǎn)啦粹，為激光頻率穩(wěn)定提供了一體化解決方案蚯涮。
「主要特點(diǎn)」
信號(hào)處理框圖
使用內(nèi)部和外部本機(jī)振蕩器解調(diào)信號(hào)
鋸齒波或三角波共振掃描
使用內(nèi)置示波器觀測在信號(hào)處理過程中不同位置的信號(hào)
使用“點(diǎn)擊-鎖定”功能快速鎖定到誤差信號(hào)的任一零交叉點(diǎn)趣钱。
高達(dá)四階低通IIR無限沖激響應(yīng)濾波器解調(diào)信號(hào)
可單獨(dú)配置的高帶寬眉抬、低帶寬PID控制器用于高頻宋雏、低頻反饋
使用“范圍內(nèi)掃描鎖定“功能觀測與掃描電壓有關(guān)的信號(hào)
「典型參數(shù)」
本振頻率1 mHz -200 MHz，頻率分辨率3.55 μHz
掃描波形：正鋸齒波泪蔫，負(fù)鋸齒波和三角波
掃描頻率：1 mHz -1 MHz
低通濾波器截止頻率：1 kHz - 14 MHz
提供濾波器類型： Butterworth, Chebyshev, Inverse Chebyshev, Elliptic, Gaussian, Bessel, Legendre
AC / DC輸入耦合
50 Ω / 1 MΩ輸入阻抗
下面應(yīng)用說明介紹了如何通過Moku激光鎖頻/穩(wěn)頻儀器實(shí)現(xiàn)激光器頻率長期鎖定。
激光鎖定系統(tǒng)廣泛用于控制并將激光器的頻率與光學(xué)頻率參考匹配（這通常是光學(xué)參考腔或原子躍遷）喘批。這種系統(tǒng)對(duì)于高分辨率干涉測量撩荣、光譜系統(tǒng)，以及時(shí)間和頻率標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要饶深。通過強(qiáng)制激光器和參考頻率相等來鎖定激光器一般兩種情況：
（1）鎖定系統(tǒng)控制激光器頻率且使其等于參考頻率餐曹，這被稱為頻率穩(wěn)定;
（2）鎖定系統(tǒng)迫使參考頻率跟隨激光頻率，這被稱為頻率跟蹤敌厘。無論是用于頻率穩(wěn)定還是頻率跟蹤台猴，Liquid Instruments的Moku都
可以實(shí)現(xiàn)高性能，高增益的激光鎖定系統(tǒng)俱两。Moku提供設(shè)置饱狂、采集和診斷功能，使設(shè)置和表征激光鎖定系統(tǒng)變得更加容易和快捷宪彩。
「激光鎖定和PDH技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)」
任何激光鎖定技術(shù)的核心都是測量并提供激光與頻率參考之間差異或誤差的測量休讳。通常稱為“誤差信號(hào)”，該信號(hào)的質(zhì)量Z終決定了整個(gè)鎖定系統(tǒng)的精度和準(zhǔn)確性尿孔】∪幔可以說，獲得誤差信號(hào)的精確方法之一是Pound-drever-Hall（PDH）技術(shù)活合。已經(jīng)證明雏婶，在反饋系統(tǒng)中使用PDH誤差信號(hào)可以非常精確地測量激光器或腔體的變化，從而將其用于吸收光譜和引力波檢測等無數(shù)應(yīng)用中芜辕。PDH誤差信號(hào)技術(shù)有幾個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢尚骄，例如：
1. 該技術(shù)可以精確地測量并提供了激光和共振腔之間的相位和頻率差異
2. 該傳感技術(shù)提供零交叉誤差信號(hào)，當(dāng)誤差信號(hào)為零時(shí)代表其零頻率差為零侵续。
3. 假設(shè)所有信號(hào)處理都是以數(shù)字方式完成的倔丈，它避免了模擬電子和解調(diào)電路中產(chǎn)生的低頻噪聲憨闰。
這些優(yōu)點(diǎn)難免需要付出一些代價(jià)。為了獲得頻率/相位的這種精確測量需五，PDH技術(shù)應(yīng)用射頻調(diào)制和解調(diào)技術(shù)鹉动。這大大增加了信號(hào)處理系統(tǒng)的復(fù)雜性，也使光學(xué)系統(tǒng)變得復(fù)雜宏邮。但是泽示，一旦理解，與PDH系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)相比蜜氨，這些復(fù)雜性是微不足道的械筛。
「使用Moku：激光鎖頻/穩(wěn)頻儀器實(shí)現(xiàn)激光鎖定」
Moku：激光鎖頻/穩(wěn)頻大大簡化了通常操作和使用PDH鎖定系統(tǒng)的復(fù)雜程度。圖1示出了PDH激光鎖定系統(tǒng)的示例飒炎。該裝置使用固態(tài)Nd：YAG NPRO激光器埋哟，其已經(jīng)與一個(gè)中等精細(xì)度光學(xué)腔準(zhǔn)直并模式匹配。隨后使用Moku：激光鎖頻/穩(wěn)頻產(chǎn)生將激光鎖定到腔的諧振頻率所需的所有信號(hào)郎汪。
圖1：PDH激光鎖定系統(tǒng)的示例
鎖定激光器包括：
1. 設(shè)置系統(tǒng)（包括準(zhǔn)直）赤赊。
2. 調(diào)制激光
3. 尋找共振點(diǎn)
4. 獲得誤差信號(hào)
5. 打開反饋
6. 優(yōu)化鎖定
「系統(tǒng)設(shè)置」
為了使系統(tǒng)地工作，需要確保激光器的出射光與腔的光軸良好準(zhǔn)直煞赢，并且激光器的模式與諧振器的空間模式很好地匹配抛计。重要的是要注意，未準(zhǔn)直或模式不匹配會(huì)導(dǎo)致鎖定性能降低照筑，或者在J端情況下吹截，系統(tǒng)根本不工作。Z后朦肘，使用兩個(gè)光電探測器監(jiān)測系統(tǒng)饭弓；一個(gè)光電探測器接收從腔體反射回來的光，另一個(gè)接收穿過腔體的光媒抠。
「連接Moku：Lab輸出端」
為了應(yīng)用PDH成功鎖腔弟断，需要生成幾個(gè)信號(hào)。
1. 調(diào)制信號(hào)：發(fā)送到EOM以產(chǎn)生相位調(diào)制邊帶趴生。
2. 主要反饋信號(hào)：在這種情況下反饋到激光器的PZT頻率控制器阀趴。為了驅(qū)動(dòng)激光器的PZT，需要使用高壓放大器（HV amp）苍匆。
3. 次反饋信號(hào)（可選）：可通過溫度來調(diào)節(jié)激光頻率刘急，溫度反饋的動(dòng)態(tài)調(diào)控范圍較廣，但速度較慢浸踩。
在這種情況下叔汁，調(diào)制信號(hào)和次反饋信號(hào)在Moku：Lab的輸出2上生成，并使用Bias-Tee分離。
「連接Moku：Lab輸入端」
光電探測器接收到的反射信號(hào)通常包含了產(chǎn)生反饋信號(hào)所需的所有信息据块，將其與輸入1連接并作為主要的信號(hào)輸入通道码邻。第二輸入通道可以用來監(jiān)控任何輔助信號(hào)。
1. 輸入1用作大多數(shù)信號(hào)處理的主要通道另假。在該系統(tǒng)中像屋，將光電探測器AC輸出連接到Moku：Laser Lock Box的輸入1。
2. 將透射光信號(hào)的直流分量連接到輸入2边篮，盡管不是必需的己莺，但其有助于識(shí)別和優(yōu)化鎖定系統(tǒng)中的特征。
「調(diào)制激光」
在這種情況下的相位調(diào)制是通過向EOM施加正弦電壓信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的戈轿。調(diào)制信號(hào)可以輔助振蕩器功能來產(chǎn)生凌受。對(duì)于該系統(tǒng)，我們將使用10 MHz調(diào)制思杯。
1. 將輔助振蕩器設(shè)置為10 MHz胁艰。
2. 設(shè)置輔助振蕩器的幅度。務(wù)必選擇EOM規(guī)格范圍內(nèi)的電壓智蝠。在這種情況下，我們將幅度設(shè)置為100 mV奈梳。
3. 選擇Aux Oscillator輸出杈湾。在此示例中，將Aux示波器設(shè)置為輸出2攘须。
4. 打開輸出漆撞。
「掃描激光頻率并找到共振頻率」
掃描激光頻率有助于表征和優(yōu)化鎖定信號(hào)。Moku：Laser Lock Box附帶掃描功能于宙。在此示例中浮驳，我們將對(duì)掃描發(fā)生器進(jìn)行設(shè)置，使其輸出一個(gè)信號(hào)并通過輸出1傳遞給PZT傳動(dòng)
裝置捞魁。步驟如下：
1. 將“掃描”設(shè)置為三角波
2. 將幅度設(shè)置為500 mV
3. 選擇掃描信號(hào)的輸出端至会，在此示例中為輸出1
4. 打開輸出
圖2：輔助振蕩器用于驅(qū)動(dòng)EOM并創(chuàng)建相位調(diào)制邊帶
「使系統(tǒng)共振信號(hào)居中」
為了使激光鎖定更順利，我們通称准螅可以在掃描中將共振信號(hào)調(diào)整到掃描信號(hào)的中央奉件，后續(xù)可以通過調(diào)整溫度控制器的偏移量來實(shí)現(xiàn)。調(diào)整溫度偏移昆著，直到掃描中心共振頻率出現(xiàn)在掃描信號(hào)的零值附近县貌。
「獲取并優(yōu)化誤差信號(hào)」
為了獲得誤差信號(hào)，從光電探測器接收的RF信號(hào)需要用本地振蕩器解調(diào)凑懂。選擇本地振蕩器的正確相位對(duì)于優(yōu)化誤差信號(hào)至關(guān)重要煤痕。如
下：在觀察誤差信號(hào)的同時(shí)調(diào)整本地振蕩器的相位。
圖3：通道A和B分別顯示腔的透射響應(yīng)和經(jīng)過恢復(fù)的誤差信號(hào)
「手動(dòng)鎖定激光」
1. 調(diào)整共振信號(hào)至掃描的中央.
2. 設(shè)置高頻PID控制器。（此處可以僅先設(shè)置積分器頻率在~10 Hz摆碉，因?yàn)楹罄m(xù)可以對(duì)響應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化）
3. 打開PID控制器
4. 緩慢降低掃描幅度塘匣，直到激光功率達(dá)到Z大值。
5. 關(guān)閉掃描
「使用Tap來鎖定」
1. 調(diào)整共振信號(hào)至掃描的中央兆解。
2. 設(shè)置高頻PID控制器馆铁。（此處可以僅先設(shè)置積分器頻率在~10 Hz，因?yàn)楹罄m(xù)可以對(duì)響應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化）
3. 選擇Tap為鎖定模式
4. 選擇需要鎖定共振點(diǎn)
注意：確保反饋的方向正確锅睛。
「調(diào)整和優(yōu)化鎖定」
一旦系統(tǒng)鎖定埠巨，我們可以根據(jù)需要優(yōu)化鎖定。這通常意味著調(diào)整PID控制器的增益现拒。
要執(zhí)行此操作辣垒，請(qǐng)打開PID控制器菜單：
1. 稍微增加比例增益，直到系統(tǒng)開始振蕩印蔬。
2. 稍微降低比例增益勋桶，直到系統(tǒng)停止振蕩
3. 對(duì)積分器和微分器重復(fù)此操作（如有必要）
圖4：當(dāng)激光器鎖定時(shí)，透射光的功率（通道A）將處于其恒定的Z大值侥猬。誤差信號(hào)（通道B）也將保持為零
除了激光鎖頻/穩(wěn)頻例驹，Moku:Lab還集成了示波器、頻譜分析儀退唠、波形發(fā)生器鹃锈、相位表、數(shù)據(jù)記錄器瞧预、鎖相放大器屎债、PID控制器、波特分析儀垢油、數(shù)字濾波器盆驹、任意波形發(fā)生器、FIR濾波器生成器十二個(gè)專業(yè)儀器滩愁。
如想進(jìn)一步了解Moku:Pro云編譯或相關(guān)產(chǎn)品詳情躯喇，
請(qǐng)聯(lián)系我們客戶支持團(tuán)隊(duì)：
展示全部 
展示全部
