Humboldt University of Berlin는 최첨단 과학 연구를 지원해 온 오랜 역사를 지닌 독일의 명문 공립 기관입니다. 이 대학은 물리학의 수많은 주요 혁신과 연결되어 있으며, 인상적인 교수 동문 명단에는 다름 아닌 Albert Einstein이 포함됩니다.

Joint Lab Integrated Quantum sensors(www.iqs.berlin)의 박사과정 학생 Julien Kluge는 대학의 획기적인 연구 유산을 확장하기 위해 노력하고 있습니다. Julien은 광학 시계라고도 알려진 시간 및 진동수 기준을 개발하고 있습니다. 그는 또한 베를린에 위치한 응용 지향적 연구 센터인 세계적으로 유명한 Ferdinand-Braun-Institut와 긴밀히 협력하고 있으며, 이 연구 센터는 필요한 특정 특성을 갖춘 레이저 광원을 개발하고 제공합니다. 독일 우주국(DLR)이 자금을 지원하는 연구 프로젝트에서 Julien은 우주 응용 분야를 위한 모바일 광학 시계와 지구 위치 확인 서비스를 위한 지구 항법 위성 시스템(GNSS)을 만들고자 합니다. 안정적인 이동형 광학 시계의 개발은 통신과 같은 중요한 지상 애플리케이션을 지원하면서 우주 탐색을 발전시킬 수 있는 흥미롭고 새로운 기회를 열어줍니다.

이 선구적인 연구를 수행하기 위해 Julien은 Moku:Pro (그림 1). 이 고급 FPGA 기반 테스트 장치는 일반적인 벤치 필수품부터 고유한 필수 장비에 이르기까지 14개 이상의 소프트웨어 정의 장비를 제공하여 가장 실험적인 실험실 설정도 간소화합니다. 두 개의 Moku:Pro 장치를 사용하여 레이저 락 박스, 디지털 필터 박스, 락인 증폭기및 PID 컨트롤러 악기와 관련해 Julien은 다양한 안정화 설정에 정밀 기기를 사용하여 연구를 발전시켰습니다.

처음에 Julien과 그의 팀은 레이저 락에 통상적으로 활용되는 홈메이드 아날로그 락 디바이스를 사용했습니다. 이러한 어프로치가 언제나 무의미한 것은 아니지만 이는 꽤나 여러 문제에 취약합니다. 예를 들어, 실험실의 온도가 조금만 변해도 시계 신호가 변경되어 락이 방해를 받습니다.

게다가 아날로그 시스템은 구성이 복잡하고 조정도 어려웠습니다. 수많은 테스트를 자동화할 수 없었기 때문에 정확한 설정으로 인해 팀은 귀중한 시간을 낭비했습니다. 모든 계산되고 세심한 테스트는 수작업으로 수행되어야 했으며 이는 광범위한 수동 개입이 필요한 지루한 프로세스였습니다. 반복적인 테스트를 원할 경우 팀은 직접 데이터를 기록하면서 실험을 계속해서 설정해야 했습니다.

수동 방법에서 Moku:Pro로 전환한 후 Julien과 그의 팀은 테스트와 로그 데이터를 원활하고 정확하게 자동화하는 새로운 기능 덕분에 상당한 시간을 절약하고 연구를 가속화했습니다. Moku:Pro는 신호를 디지털 방식으로 복조하고 온도 설정점과 관련된 문제 없이 올바른 진동수 측대역을 생성했습니다. 무엇보다도 이제 모든 것이 편리하고 이동 가능한 장치 iPad로 제어됩니다.

또한 1년 동안 수동 방법으로 문제를 해결한 후에도 Julien과 그의 팀은 시계 안정성을 향상시킬 수 있는 최선의 방법을 결정할 수 없었습니다. 문제가 아날로그 구성 요소의 DC 노이즈라는 사실을 발견한 후 디지털 신호 체인 내에서 Moku:Pro로 전환하면 문제가 완전히 해결되었으며 온도 관련 문제도 개선되었습니다. 대신 다중 기구 모드에서 Moku:Pro 기구를 활성화하기 위해 아날로그 설정을 변경했습니다(그림 2). 그들은 먼저 디지털 필터 박스 장비를 활용하여 광학 시계의 노이즈를 필터링한 다음 안정적인 신호를 생성하기 위해 두 개의 레이저 락 박스 장비(그림 3)에 신호를 전달했습니다.

Moku:Pro로 전환한 후 Julien의 그룹은 프로그래밍 방식으로 Moku 기구에 액세스할 수 있었기 때문에 훨씬 더 효율적이 되었습니다. API를 통해 반복적인 수동 테스트를 줄입니다. 연구팀은 파이선을 활용하여 Moku:Pro를 제어하고, 테스트를 자동화하고, 소프트웨어 정의 계측과 완벽하게 인터페이스했습니다. 다중 장비 모드를 통해 팀은 단일 장비가 아닌 전체 테스트 설정을 자동화했습니다.

"다중 기구 모드는 우리에게 정말로 필요한 유연성을 제공합니다."라고 Julien은 말했습니다. “더 이상 케이블을 만지작거리지 않아도 됩니다!”

다중 기구 모드에서 Moku:Pro 락인 증폭기 및 PID 컨트롤러 계측기를 소개한 후 Julien은 시스템 안정성이 크게 향상되었음을 언급했습니다. 또한 팀은 Moku:Pro 파형 생성기를 사용하여 정확한 변조 진동수를 생성했습니다. 이 기술을 통해 Julien은 이광자 분광학이라고도 하는 진동수 변조 분광학을 수행하여 실험을 진행할 수 있습니다.

Moku:Pro에는 온도 변화에 강한 매우 정확하고 효율적인 안정 장치가 포함되어 있으므로 Julien의 1년 동안 지속된 주요 문제를 몇 초 만에 해결했습니다. 또한 팀은 iPad로 Moku:Pro를 제어할 수 있는 옵션을 높이 평가했습니다. 그들은 실험실 내 어디든 편리하게 이동하여 데이터를 기록할 수 있었고 실험실 벤치에서 벗어나 실험을 관찰하고 테스트 결과를 볼 수 있었습니다.

“Moku는 바로 우리가 원했던 것입니다.” Julien이 말했습니다.

Julien은 계속해서 Moku:Pro를 사용하여 실험을 발전시킬 계획입니다. 하나의 장치는 지속적으로 진동수 안정화를 수행하고 다른 장치는 플로팅 장치를 사용하여 실험실 구성원이 다중 기구 모드에서 디지털 필터 박스, 락인 증폭기 및 스펙트럼 분석기와 같은 장비를 사용하여 다중 환경에서 노이즈를 분석할 수 있도록 합니다.