ベルリン・フンボルト大学は、最先端の科学研究を支援してきた長い歴史を持つドイツの名門公立機関です。同大学は、物理学における数え切れないほどの大きな進歩と結びついており、教員卒業生の名簿にはアルバート・アインシュタインが含まれています。

統合量子センサー共同研究室（www.iqs.berlin）の博士候補生である、Julien Klugeさんは、大学の画期的な研究遺産の拡大に取り組んでいます。彼は、光クロックとしても知られる時刻・周波数基準を開発しており、世界的に有名なフェルディナント・ブラウン研究所と緊密に協力しています。この研究所は、同じくベルリンにある応用志向の研究センターで、必要な特殊特性を持つレーザー光源を開発・提供しています。Julienさんは、ドイツ宇宙庁（DLR）が資金を提供する研究プロジェクトの中で、宇宙アプリケーションと全地球測位サービスのための全地球航法衛星システム（GNSS）用の移動式光時計を作りたいと考えています。安定したモバイル光クロックの開発は、宇宙でのナビゲーションを進化させるとともに、電気通信のような重要な地上アプリケーションをサポートする新しい機会を開きます。

この先駆的な研究を実行するために、ジュリアンは次の能力と柔軟性を活用します。 Moku:Pro （図1）。この高度な FPGA ベースのテスト デバイスは、一般的なベンチ必需品からユニークで不可欠な機器に至るまで、14 を超えるソフトウェア定義の機器を提供し、最も実験的なラボのセットアップも合理化します。を搭載した XNUMX 台の Moku:Pro デバイスを使用する レーザーロックボックス, デジタルフィルターボックス, ロックインアンプ, PIDコントローラー ジュリアンは、さまざまな安定化セットアップに精密機器を採用することで研究を進めました。

当初、Julienさんのチームは、レーザーロックの一般的な方法であるアナログの自作ロッキングエレクトロニクスを採用していました。この方法は効果的ですが、研究室の温度が少しでも変化すると、クロック信号が変化してロックが妨害されるなど、複雑な問題が無数にあり、進歩が困難であるとされています。

さらに、アナログシステムは設定が複雑で、チューニングが難しいという問題点がありました。正確なセットアップのために、数々のテストを自動化することができず、チームは貴重な時間を費やしました。計算された綿密なテストはすべて手作業で行わなければならず、大規模な手作業を必要とする面倒なプロセスでした。繰り返しテストを行いたい場合は、個人的にデータを記録しながら、何度も何度も実験をセットアップしなければなりませんでした。

手作業からMoku:Proに切り替えた後、Julienさんのチームは大幅な時間短縮を達成し、テストとデータのログをシームレスかつ正確に自動化できるようになりました。これにより、研究を加速させることができました。Moku:Proは、信号をデジタル復調し、正しい周波数のサイドバンドを生成し、設定温度に関する問題を克服しました。また、持ち運びに便利なiPadですべての設定をコントロールできるようになりました。

さらに、彼らは手作業によるトラブルシューティングを1年間続けた後、クロックの安定性を改善する最善の方法を見つけることができませんでした。アナログコンポーネントのDCノイズが問題であることを突き止めた後、デジタルシグナルチェーンをMoku:Proに切り替えたところ、問題を解決することができました。彼らはアナログのセットアップを変更し、代わりにMoku:Proの計測器をマルチ機器モードで使用できるようにしました（図２）。まずデジタルフィルターボックスを使って光クロックからのノイズを除去し、安定した信号を生成するために２台のレーザーロックボックス（図３）に信号を供給しました。

Moku:Proに切り替えた後、Julienさんのチームは、 APIを通じてプログラムでMoku計測器にアクセスし、繰り返しの手動テストを減らすことができるため、はるかに効率的になりました。彼らはPythonを使用してMoku:Proを制御し、テストを自動化し、ソフトウェア定義計測器との完全なインターフェイスを実現しました。マルチ機器モードにより、チームは単一の計測器ではなく、テストセットアップ全体を自動化しました。

「マルチ機器モードは、私たちが本当に必要としている柔軟性があります。」「もうこれ以上、ケーブルをいじる必要はありません！」とJulienさんは述べています。

マルチ機器モードでMoku:ProロックインアンプとPIDコントローラーを導入した後、ジュリアン氏はシステムの安定性が一桁向上したことを指摘しました。チームはまた、Moku:Pro波形発生器を使って正確な変調周波数を生成しました。この技術により、Julienさんは周波数変調分光法（２光子分光法とも呼ばれる）を行って実験を進めることができます。

Moku:Proには、温度変化に強い高精度で効率的なスタビライザーが搭載されているため、Julienさんが１年間抱えていた主な問題は、ほんの数秒で解決しました。さらにチームは、iPadでMoku:Proをコントロールできるオプションを高く評価しました。研究室内のどこにでも移動してデータを記録できるため、実験台から解放されて実験を観察し、テスト結果を見ることができます。

「Mokuはまさに私たちが求めていたものです。」とJulienさんは述べています。

Julienさんは、Moku:Proを継続的に使用して実験を進める予定です。１台は周波数安定化を継続的に実行し、もう１台は研究室のメンバーがデジタルフィルターボックス、ロックインアンプ、マルチ機器モードのスペクトラムアナライザなどの計測器でノイズを分析できるようにフローティングユニットにします。