概要
ミュンスター大学はドイツで 120 番目に大きい大学で、XNUMX 以上の多様な研究分野を提供しています。応用物理学研究所の一部であるミュンスター大学 (WWU) の光学技術グループは、非線形光学やレーザーの概念を含むさまざまな分野で研究を行っています。博士号非線形顕微鏡法を専門とする学生の Kristin Wallmeier は、XNUMX 出力パルス列の位相安定化の改善に取り組んでいます。 Kristin のセットアップには、ファイバーベースの発振器と、それに続くファイバーベースの光パラメトリック発振器が含まれています。彼女の目標は、ファイバーベースの発振器を同期させ、ファイバーベースの光パラメトリック発振器のポンプにファイバーベースの光パラメトリック発振器の出力を提供することです。
彼女の研究は非常に実験的なものであるため、探索的テストには毎日さまざまなテスト機器が必要です。から入手可能な組み込み機器を使用することにより、 Moku:Proなど、 デジタルフィルターボックス および PIDコントローラー in マルチ機器モード 図 1 に見られるように、彼女はセットアップの位相安定化を強化しています。
図1： 2 つのデジタル フィルター ボックスと位相安定化のための PID コントローラーを使用したマルチ機器モードのセットアップ
Moku:Pro は、一般的なベンチ必需品から、最も実験的なラボのセットアップを合理化するためのユニークで不可欠な機器まで、最大 14 個のソフトウェア定義機器を提供します。 Moku:Pro を使用することで、クリスティンはコンパクトなソリューションと柔軟なテスト構成オプション、そして直感的な iPad ベースのユーザー インターフェイスによって研究を加速しました。
課題
ファイバーベースのシステムは、機械的振動や熱変動などの環境変動に非常に敏感です。位相の安定化には、システム内のあらゆる変化を修正するために、非常に安定した高速フィードバック回路が必要です。システムは、外乱が発生した後に再安定化するのに十分な速度を備えている必要があります。システムはノイズにも敏感なため、クリーンな入出力信号を実現するにはフィルタリングが必要です。デジタル フィルタリング オプションがなければ、クリスティンは、フィードバック回路内の位相を調整するために使用される圧電アクチュエータの共振周波数に干渉する可能性のある信号を確実に除去するために、RC コンポーネントを使用してアナログ フィルタを構築する必要がありました。
Moku:Pro を選択する前に、クリスティンは Arduino 開発ボードから始めました。このボードでは、研究に必要な機能を手動でコーディングして開発する必要がありました。彼女は、セットアップ内のフィードバック ループを安定させるには遅すぎることに気づき、Arduino のパフォーマンスが不十分であるとすぐに判断しました。 Moku:Pro は、速度の向上と、事前にプログラムされたソフトウェア定義の計測器の完全なスイートのおかげで、彼女の研究にとってはるかに効率的なソリューションでした。
ソリューション
Moku:Pro PID コントローラーとデジタル フィルター ボックスをマルチ機器モード (MiM) で使用する iPad インターフェイスを通じて、クリスティンは研究を加速し、複雑なテスト手順の開発に時間を費やすのではなく、システムの位相安定化の改善に集中することができます。クリスティンはまず、入力信号にデジタル フィルターを適用して、高周波成分を除去しました。 PID コントローラーを使用した後、別のデジタル フィルター ボックスを使用して信号品質をさらに改善し、共振周波数の範囲内にあるすべての高周波成分を除去しました。
「デジタル フィルター ボックスは非常に優れています。すべてを購入してアナログな方法で構築しなくても、さまざまなセットアップを試すことができるからです」と彼女は言いました。
使いやすい PID コントローラーは、Kristin が Moku:Pro を実験に統合する主な動機でした。図 2 に示すように、外乱が発生すると、PID コントローラーがすぐに反応してシステムを再安定化します。信号経路内の複数のポイントをプローブできる機能により、クリスティンと彼女のチームは、組み込みのオシロスコープを使用して、システムが入力信号を再安定化するのを観察できます。リアルタイムで。
図 2: PID コントローラーのセットアップ (上) と PID コントローラーの入力信号 (下)。安定化された位相の乱れと再安定化するためのシステムの反応を示しています。
結果
クリスティンは、実験を注意深く監視し、システムの安定性の向上に努めることで研究を進め続けています。 Moku:Pro デジタル フィルター ボックスと PID コントローラーを使用することで、Kristin は RC コンポーネントを使用してフィルターを構築するなどの日曜大工ソリューションの必要性を排除し、時間とコストを最大限に節約しました。
「すべてをセットアップして操作するのは非常に直感的です」とクリスティンは言いました。
Moku:Pro を使用すると、追加の計測器の必要性も減りました。デバイスの将来性を考慮した性質のため、彼女と彼女のチームは、リリース後に新しい機能や機器を使用するために、必要に応じてソフトウェアを更新するだけで済みます。
「それは最高のものなので、別の楽器を購入し、さらに別の楽器を購入し、また別の楽器を購入するのはあまり意味がありません」と彼女は付け加えた。
クリスティンは、将来的には、誘導ラマン散乱 (SRS) 顕微鏡プロジェクトなど、他の研究にも Moku:Pro を使用する予定です。 ロックインアンプ、Moku:Pro を通じて利用できるもう 1 つの楽器。
の詳細については Moku:Pro, でお問い合わせ info@liquidinstruments.com.
