概要
チャップマン大学では、Mark Harrison博士の研究グループが、デジタル情報処理と光コンピューティングのための統合フォトニック・ロジック・コンポーネントを設計しています。スペースが限られており、機器へのアクセスが難しいため、光学およびフォトニクス研究室の効率とワークフローは不可欠です。 そこで、Moku:Pro を使い、機器の設置面積と配線の煩雑さを軽減し、研究室のどこからでもワイヤレス機器制御とデータロギングを使用してワークフローを簡素化しました。
課題
多くの研究者にとって、直面する課題の１つは、実験を行うために必要なすべての機器を保管するのに十分なスペースを確保することです。これは、レーザー、変調器、検出器に加えて、波形発生器、オシロスコープ、ロックインアンプなどの機器が必要になることが多い光学・フォトニクス分野に特に当てはまります。
「チャップマン大学では、工学研究室のスペースが教員間で共有されており、特にスペースに制約があります。レーザー研究室には、振動に敏感な光学機器を備えた２つの大きな光学テーブルがあり、テーブル上のスペースを確保するために常に機器を移動させていました。」 「Moku:Pro は、研究室を整理整頓し、実験光学およびフォトニクス研究室を運営できるようにするために不可欠です。」とファウラー工学大学院助教授のMark Harrison博士は語っています。
Harrison博士のチームは、光信号の位相に従って動作する統合フォトニック ロジックコンポーネントを設計しています。時間の経過とともに変化する光信号の位相を正確に検出して記録することは、デバイスの性能を理解するための鍵となります。ホモダインコヒーレント検波を使用して、被試験デバイスの出力信号と局部発振器 (LO) の間の相対位相を抽出します。
図 1: 光学コンポーネント、被試験デバイス、および電子機器を使用したコヒーレント検出セットアップ
コヒーレント検出のセットアップ (図１) はかなり複雑で、テスト対象のデバイス、必要な光学コンポーネント、およびデータを操作および記録するための電子機器 (波形発生器とオシロスコープ) で構成されます。波形発生器は位相変調器を駆動し、オシロスコープは平衡受光器の出力をデジタル化して表示するために使用されます。オシロスコープで波形発生器の出力を表示して、駆動信号を受信信号と直接比較することも役立ちます。
ソリューション
Moku:Proは、波形発生器とオシロスコープの両方の役割を果たし、スペースを大幅に節約します。マルチ機器モード（図２）を使用すると、両方の測定器を同時に使用することができ、測定器間の内部接続だけでなく、外部コネクタへの接続も可能です。このセットアップでは、波形発生器の出力信号は、外部コネクタの１つである Out １に送られ、位相変調器を駆動します。オシロスコープの入力 B は、外部コネクタの In １にマッピングされ、バランスフォトレシーバーの出力信号に接続されます。
図２: 波形発生器とオシロスコープで構成されたMoku:Proマルチ機器モード、将来の拡張用に2つのスロットを追加。
マルチ機器モードでの信号接続の柔軟なマッピングにより、必要な BNC ケーブルの数が減るだけでなく、ソフトウェアで即座に再構成できるため、異なる入力コネクタと出力コネクタ間でケーブルを移動する必要性も軽減されます。これは、光学テーブルの上の吊り棚に機器が簡単に手の届かない場所にあるチャップマン大学のチームにとって特に役立ちます。 iPad Pro を使用した Moku:Pro のワイヤレスコントロールもアクセシビリティの問題を解決する鍵であり、波形発生器の設定を調整したり、オシロスコープをアクティブに監視して研究室のどこからでもデータを表示および記録したりできるようになります。
図３: Moku:Pro のオシロスコープインターフェイス。チャンネル A の波形発生器の出力を赤で示し、チャンネル B のテスト設定から検出されたコヒーレント信号を紫で示している。
さらに、試験能力を拡張し続ける計画もあり、Moku:Proはチャップマン大学のラボに「将来性」をもたらしています。「将来、ロックイン増幅器が必要になる可能性がありますが、Moku:Proがあれば、ラボにかさばる装置を増やすことなく、いつでもロックイン増幅器を使用できるのはありがたいことです。」とHarrison博士は述べています。その他の計画としては、Mokuクラウドコンパイルを使ってFPGAにリアルタイムで追加処理を実装し、アイダイアグラムや擬似ランダムビット列生成のような機能をコスト効率の良い方法で作成することです。
結果
Moku:Pro は、研究室の光コヒーレント検出セットアップに不可欠なコンポーネントです。まず第一に、施設で不足しているリソースであるスペースの節約に役立ちました。第二に、研究者が重要な電子機器を１つのデバイスに組み合わせることができるため、実験のセットアップが簡素化されました。これにより、電子コンポーネントをより迅速かつ簡単に再構成できるようになり、時間を節約できました。最後に、追加の機器や Mokuクラウドコンパイルを通じて、将来的により複雑な機能やカスタム機能を実装できるようになり、コストが削減されます。
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