本應用說明介紹了 Moku:Lab 如何使用任意波形發(fā)生器儀器和從 .CSV 文件導入的數(shù)據(jù)生成波形模式。波形用于在 X 和 Y 平面上控制激光束假哎，以創(chuàng)建類似于 GRACE 后續(xù)任務所用的掃描模式瞬捕。
使用 Moku:Lab 任意波形發(fā)生器進行雙通道同步模式生成
本應用說明介紹了 Moku:Lab 如何使用任意波形發(fā)生器儀器和從 .CSV 文件導入的數(shù)據(jù)生成波形模式鞍历。波形用于在 X 和 Y 平面上控制激光束，以創(chuàng)建類似于 GRACE 后續(xù)任務所用的掃描模式肪虎。
任意波形生成
Moku:Lab 任意波形發(fā)生器 (AWG) 可以以 125 MSa/s 的采樣率生成zui多 65,536 個點的自定義波形劣砍。波形可以從文件加載，也可以作為zui多 32 個段的分段數(shù)學函數(shù)輸入扇救，使您能夠生成真正的任意波形秆剪。在脈沖模式下，波形可以輸出脈沖之間超過 250,000 個周期的死區(qū)時間爵政，使您可以在較長時間內(nèi)以固定間隔用任意波形激勵系統(tǒng)仅讽。
掃描模式
許多應用都需要二維激光掃描模式，例如顯微鏡钾挟、長距離自由空間干涉測量和激光雷達洁灵。2018 年，GRACE Follow-On 任務使用兩束激光束在兩艘相距 200 公里掺出、繞地球運行的航天器上設置了第1臺航天器間激光干涉儀徽千。GRACE Follow-On 干涉儀能夠測量航天器分離的亞微米變化。在建立鏈路之前汤锨，激光器必須通過掃描五維空間來找到彼此双抽；每束激光的傾斜度和頻率差 [1]。LISA 引力波探測器可能需要類似的采集掃描闲礼，相干自由空間激光通信和光量子密鑰分發(fā)鏈路也可能需要類似的采集掃描牍汹，例如從地面到太空。
本應用說明將介紹如何使用 Moku:Lab 任意波形發(fā)生器生成復雜的 2D 掃描模式柬泽。首先慎菲，我們將展示如何將 AWG 波形加載到 Moku:Lab 中，以便在 XY 模式下在示波器上進行可視化锨并。接下來露该，我們添加快速轉(zhuǎn)向鏡和激光系統(tǒng)，以生成適合采集系統(tǒng)的任意掃描模式第煮。
Moku:Lab任意波形發(fā)生器儀器
Moku:Lab 任意波形發(fā)生器可以從預設波形解幼、輸入方程或從文件導入的點生成雙通道自定義模式。支持 1 mHz 至 125 MHz 的輸出頻率包警。脈沖輸出可配置為脈沖之間zui多 250,000 個周期的死區(qū)時間撵摆。
預設波形包括正弦波、高斯波揽趾、指數(shù)上升波台汇、指數(shù)下降波苛骨、正弦波和心動圖篱瞎。方程模式支持來自復雜分段函數(shù)的zui多 32 個段苟呐。
對于此應用，我們使用任意波形發(fā)生器的自定義模式俐筋，并從存儲在 SD 卡上的 .CSV 文件中加載波形點牵素。存儲的波形的zui大長度取決于所需的輸出速率。在 125 MSa/s 下澄者，波形zui多可以有 65,536 個點笆呆，在 1 GS/s 下zui多可以有 8192 個點。
生成 2D 掃描模式
我們在本應用中測試的掃描模式是恒定密度螺旋掃描粱挡。在二維空間內(nèi)進行掃描時赠幕，重要的是確保以相同的掃描密度詢問每個點，并且在每個點停留相同的時間询筏。
通過線性增加振幅作為時間函數(shù)而創(chuàng)建的螺旋掃描將導致掃描點之間的距離隨著振幅的增加而增加榕堰。這是因為給定半徑的圓周上的采樣點數(shù)量是恒定的。相反嫌套，我們需要的是頻率隨著振幅的增加而降低的掃描逆屡，這樣無論振幅如何，密度和停留時間都是恒定的（見圖 1）踱讨。
我們在 MATLAB 中創(chuàng)建了一個恒定密度掃描模式魏蔗，并將 X 和 Y 坐標以 .CSV 格式保存到 SD 卡中。然后痹筛，我們使用 Moku:Lab 任意波形發(fā)生器導入文件莺治，并在輸出通道 1 和通道 2 上生成這些 X 和 Y 位置命令（圖 2）。請注意帚稠，使用 SD 卡并不是導入所需波形的唯yi方法 - 也可以通過 Dropbox产雹、電子郵件或 iPad 的“我的文件”上傳文件 [2]。
為了確認任意波形發(fā)生器正確地生成了 10 Hz 和 2 V 的模式翁锡，我們使用了第二個 Moku:Lab 以 XY 模式運行示波器（圖 3）蔓挖。
激光螺旋掃描演示
采集掃描模式是建立長距離自由空間激光鏈路不可或缺的一部分。為了展示我們的螺旋掃描模式作為潛在鏈路采集平臺的作用馆衔，我們建立了一個簡單的光束控制系統(tǒng)瘟判，其中 Moku:Lab 使用任意波形發(fā)生器來控制光束。
對于光束控制角溃，我們使用了 Newport FSM-300 快速轉(zhuǎn)向鏡拷获。它可以提供模擬 ±10 V 信號，分別控制鏡子在 X 和 Y 平面上的傾斜和傾斜减细。由于 Moku:Lab 的輸出范圍為 ±1 V匆瓜，我們在每個通道上使用兩個放大器來增加驅(qū)動信號的幅度（圖 4）。我們這樣做是為了能夠在zui大轉(zhuǎn)向范圍內(nèi)驅(qū)動轉(zhuǎn)向鏡，從而zui大化我們的掃描區(qū)域驮吱。
我們在實驗室的光學臺上安裝了這些組件（圖 5）茧妒，并將投影儀屏幕放置在距離轉(zhuǎn)向鏡約 5 米的位置。
快速轉(zhuǎn)向鏡的模擬帶寬高達約 2 kHz左冬。請注意桐筏，我們生成的螺旋掃描圖案并非在同一點開始和結(jié)束 - 有一條明顯的直線將螺旋內(nèi)部與外部連接起來。這種方向的急劇變化導致頻率諧波明顯高于螺旋掃描頻率拇砰。當我們以 3 Hz 或更高的頻率運行掃描時梅忌，直線開始彎曲，因為急轉(zhuǎn)彎所需的高次諧波超出了轉(zhuǎn)向鏡的帶寬除破。
我們用數(shù)碼單反相機拍攝了一張 1 Hz 的長曝光照片牧氮，捕捉到了掃描圖案的照片（圖 6）。
結(jié)論
采集掃描模式是建立長距離自由空間激光鏈路（如 GRACE Follow-On 中的鏈路）的一個重要方面瑰枫。需要對整個詢問區(qū)域進行恒定密度掃描蹋笼，這通常會導致使用任意波形模式。我們在 MATLAB 中創(chuàng)建了一個恒定密度螺旋掃描模式躁垛，然后通過 SD 卡將其導入 Moku:Lab 任意波形發(fā)生器剖毯。然后我們用它來驅(qū)動一個快速轉(zhuǎn)向鏡，該鏡使用螺旋掃描模式將可見的紅色激光轉(zhuǎn)向投影儀屏幕教馆。這證明了 Moku:Lab 設備能夠產(chǎn)生任意復雜波形逊谋，可用于自由空間激光鏈路的采集掃描模式。
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