Экспериментальная установка серворегулирования лазеров от Vescent Photonics

Vescent Photonics (США) – производитель широкого спектра решений в области электрооптических и лазерных технологий, штаб квартира компании находится в Арваде, США.

Опыт разработчиков компании в Исследовательском Институте в Болдере (JILA) Университета Колорадо и Национальном Институте Стандартов и Технологий (NIST) позволил Vescent Photonics стать лидером в разработке не-механически подстраиваемых лазеров для спектроскопического детектирования в области применения ультрахолодных атомов, полностью поддерживаемых электроникой со сверхнизкими шумами для управления и стабилизации лазеров. Продукцию Vescent Photonics можно встретить в ведущих лабораториях мира.

Инновационное использование жидкокристаллических и волноводных технологий обеспечивает высокую функциональность. Модули компании Vescent Photonics являются полностью совместимыми друг с другом и могут быть использованы в сложных лабораторных установках на большой оптической площади.

Компания предлагает решения для разного типа задач, одной из которых является лазерное охлаждение атомов рубидия. Требования к решению данной задачи довольно высоки: излучение лазера должно быть стабильным по фазе и амплитуде и давать минимальное количество шумов, при этом обладая высокой выходной мощностью. Для достижения таких характеристик лазерного излучения специалисты из Vescent Photonics разработали экспериментальную установку на базе электронных и оптических устройств производства данной компании. Ниже Вы найдете инструкцию по сбору и пусконаладке экспериментальной установки для серворегулирования лазерного излучения.   

• D2-005 – блок питания;
• D2-105 – контроллер диодных лазеров;
  
• D2-125 – блок для серворегулирования лазеров;
  
• D2-210 – спектроскапический модуль;
  
• D2-100 – одночастотный инфракрасный DBR лазер.

Инструкции по быстрой наладке

Начальная наладка электронных модулей

Поместите три модуля электроники (питание системы, лазерный регулятор и лазерный сервомотор) в один ряд, как показано на рисунке (очередность не важна).

Электронные модули D2 (вид спереди)

На тыльной стороне модулей присоедините два 9-контактных кабеля D-sub через смежные модули. (в случае более старой системы, у Вас будет блок разъема, а не кабели.) См. изображения ниже. Удостоверьтесь, что на лазерном регуляторе предусмотрен предохранительный ключ. Когда ключ находится в вертикальном положении (по часовой стрелке), его невозможно извлечь из лазерного регулятора, и он находится в активированном положении. Требуется или разделитель на 50 Ом на входе BNC дистанционного блокировочного выключателя, или чтобы он был подключен к двери или к другому предохранительному блокировочному выключателю в лаборатории.

Электронные модули D2 с модернизированными кабелями распределения питания и блоками распределения питания старого образца (вид сзади)

На Лазерном регуляторе, в левом нижнем углу, удостоверьтесь, что переключатель ЛАЗЕР находится в положении ВЫКЛ/СБРОС (вниз).

Удостоверьтесь, что выключатель питания на модуле Питания системы находится в положении ВЫКЛ (вниз). Вставьте силовой кабель в разъем на тыльной стороне модуля питания системы.

Начальная наладка оптических модулей

Поместите лазерный модуль на оптический стол и закрепите болтами к столу, используя 4 винта 1/4-20.

Выровняйте модуль спектроскопии и лазерный модуль. (При использовании D2-110, поместите модуль спектроскопии на расстоянии, по крайнем мере, 3 дюйма от Модуля DBR.) Модуль D2-210 с магнитным экранированием можно разместить ближе к лазерному модулю.

Лазерный модуль D2-100 и Модуль спектроскопии D2-210 на оптическом столе

Кабельные соединения и питание

Найдите 6-футовый (1,8 метра) соединительный кабель с коннекторами SMA на обоих концах. Подключите коннектор SMA в разъем ВЫХОД ТОКА ЛАЗЕРА, а коннектор Hirose в разъем ВЫХОД ТЕМПЕРАТУРЫ ЛАЗЕРА на лазерном регуляторе. Удостоверьтесь, что соседний переключатель лазера находится в положении ВЫКЛ/СБРОС (вниз). Обеспечив заземление, демонтируйте разделитель SMA, подключенный к лазеру. Подключите другой конец кабеля SMA и коннекторов Hirose к модулю DBR.

Найдите 6-футовый кабель с коннектором SMA на одном конце и коннектором BNC на другом. Он поставляется с кабелем, который имеет коннектор Hirose, по крайней мере, на одном конце. Если у Вас модуль D2 - 210, на другом конце этого кабеля будет 9-контактный коннектор D-sub. Если у Вас модуль D2-110, вторым коннектором будет Hirose. Вставьте коннектор BNC в ВХОД ОШИБОК на Лазерном сервомоторе. Вставьте коннектор SMA в Модуль спектроскопии. Подключите коннектор Hirose к Модулю спектроскопии. Если у Вас модуль D2-210, подключите другой конец этого кабеля к запасному 9-контактному D-sub ВХОДУ/ВЫХОДУ питания на тыльной стороне модуля D2-005 или другого модуля D2. Если у Вас более старый Модуль спектроскопии D2-110, подключите коннектор Hirose на свободном конце кабеля к выходу «Контроль температуры Hirose» на D2-125-T.

Возьмите один короткий (~1 фута) кабель BNC (не входит в комплект) и подключите его из ВХОДА ТОКА СЕРВО на Лазерном регуляторе к ВЫХОДУ СЕРВО на Лазерном сервомоторе.

Только для пикового блокировочного выключателя: Подключите один короткий (~1 фута) кабель BNC (не входит в комплект) из ВХОДА РЧ на лазерном регуляторе к ВЫХОДУ РЧ на Лазерном сервомоторе.

Переключите выключатель на Модуле питания системы в положение ВКЛ. Три светодиода (+5 В, +15 В, -15 В) на Модуле питания системы должны загореться синим светом.

Полная установка с кабелями.

И на модуле Лазерного регулятора, и на модуле лазерного сервомотора синий индикатор рядом с символом «ПИТАНИЕ» должен светиться. В противном случае убедитесь, что силовые кабели, предохранительный ключ и блокировочный выключатель правильно подключены на тыльной стороне.

Лазерный регулятор

Переключите выключатель БЛОКИРОВКА ТЕМПЕРАТУРЫ на лазерном регуляторе в положение СЕРВО. Зеленый индикатор рядом с T2 должен включиться через ~1 минуту. Через ~2 минуты также должен включиться зеленый индикатор T1. Индикаторы горят красным, если температурный сервомотор обнаруживает состояние ошибки, или если лазер не находится в диапазоне 0 и 50°C. Они останутся красными до тех пор, пока не будет подключен ВЫХОД ТЕМПЕРАТУРЫ ЛАЗЕРА (открытое состояние), и когда БЛОКИРОВОЧНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ находится в положении ОЖИДАНИЯ.

Поворачивайте селекторный переключатель дисплея в правом верхнем углу лазерного регулятора, пока не загорится индикатор "l_Mm". Удостоверьтесь, что отображаемое значение ограничения по току ниже значения, указанного в протоколе завершающих испытаний, поставляемого с лазерной системой.

Лазерный регулятор имеет два предохранительных блокировочных выключателя. Если любой из двух блокировочных выключателей сработает, лазер выключается и остается выключенным, пока состояние блокировки не будет устранено, и переключатель лазера не будет переключен из положения "выкл/сброс” в положение "вкл”. Для первого включения лазера выполните следующую процедуру:

1.     Установите переключатель лазера на передней панели в положение "ВЫКЛ/СБРОС”.

2.     Установите разделитель, поставляемый в комплекте, в разъем BNC "дистанционного блокировочного выключателя” на тыльной стороне.

3.     Возьмите ключ, прикрепленный лентой к задней части лазерного регулятора, и установите его в отверстие для ключа «Активация лазера» на тыльной панели, поверните ключ на 90 градусов (ключ должен располагаться вертикально).

4.     Теперь, когда оба блокировочных выключателя включены, переключите выключатель лазера в положение "ВКЛ”. Зеленый индикатор "Лазер Вкл" загорается, и спустя 5 секунд лазер должен включиться.

Поверните селекторный переключатель дисплея в правом верхнем углу лазерного регулятора, пока не загорится индикатор под символом "I". Скорректируйте КУРСОВОЙ ТОК к значению, данному в сопроводительных документах, чтобы поместить лазер на сверхтонкие переходы D2 (или D1).

Лазерный сервомотор

На лазерном сервомоторе поместите переключатель СОСТОЯНИЕ ЛАЗЕРА в положение ЛИНЕЙНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ. Поверните ручку АМПЛИТУДА ЛИНЕЙНОГО ИЗМЕРЕНИЯ на максимум (по часовой стрелке). Подключите кабель BNC от разъема ТТЛ ЛИНЕЙНОГО ИЗМЕРЕНИЯ на тыльной стороне лазерного сервомотора к триггерному ввод на осциллографе. Установите триггер на осциллографе на положительный наклон.

Вы должны видеть соответствующие сверхтонкие переходы на мониторе ВХОДА ОШИБОК. Скорректируйте лазерный ток для перемещения переходов налево и направо. Вы должны видеть картину, аналогичную изображению снизу.

Спектр рубидия 795 нм

Если Вы не наблюдаете сверхтонких переходов, вероятнее всего, лучи датчика модуля спектроскопии нуждаются в корректировке. Удостоверьтесь, что все четыре винта удерживают модуль DBR и модуль спектроскопии. Ослабьте винты модуля спектроскопии и попытайтесь внести маленькие корректировки. Контролируя визуально сигнал ВХОДА ОШИБКИ. Можно также попытаться сканировать лазерный ток.

Если Вы используете D2-110, и все еще не наблюдаете спектроскопию, снимите винты с верхней части модуля спектроскопии и скорректируете курсовое зеркало. Аналогично, для D2-210, можно скорректировать ввод PBS. (См. ниже.)

Если Вы все еще не можете получить правильную мощность сигнала, см. полные инструкции относительно выравнивания модуля спектроскопии в Руководстве модуля насыщенной абсорбционной спектроскопии D2-210 или в Руководстве D2-110.

Если Вы видите спектр, но переходы не корректные или существует транзитный участок режима вблизи желаемой точки фиксации, можно использовать температуру для корректировки частоты излучения лазера и положения транзитных участков режима. Для небольших корректировок можно скорректировать температуру T2 через подстроечный резистор Т2 на передней панели. Эта температура, прежде всего, корректирует температуру лазера, а не температуру решетки, таким образом, ее влияние на транзитные участки режима является умеренным. Для лучшего контроля скорректируйте температуру стадии 1 через подстроечный резистор "TSET1 на боковой панели, расположенный вблизи тыльной стороны правой боковой панели Лазерного регулятора. Обратите внимание на то, что необходимо будет снять боковую панель для доступа к этому подстроечному резистору.

Внутри модуля спектроскопии D2-210

Блокировка лазера

Примечание: лазер блокируется в точке, где значение ОШИБКА ПОСТ. ТОКА пересекает нулевое напряжение с положительным наклоном и когда осциллограф срабатывает по ТТЛ ЛИНЕЙНОГО ИЗМЕРЕНИЯ с положительным наклоном.

Скорректируйте лазерный ток и амплитуду линейного измерения, таким образом, чтобы можно было ясно видеть переход, к которому Вы хотите сделать боковую блокировку. Скорректируйте смещение ПОСТ. ТОКА для определения положения точки блокировки на стороне перехода при 0 В. Переключите выключатель РЕЖИМ БЛОКИРОВКИ в положение БОКОВАЯ БЛОКИРОВКА. Лазер фиксируется к положительному (восходящему) наклону в нулевой точке пересечения. Если пятно, к которому Вы хотите сделать блокировку, имеет отрицательный наклон, переключите выключатель УСИЛЕНИЕ СИГНАЛА на Лазерном сервомоторе, чтобы сделать наклон положительным. На рисунке ниже показана точка блокировки на сигнале ОШИБКИ ПОСТ. ТОКА. (Примечание: переключатель УСИЛЕНИЕ СИГНАЛА зеркально отражает весь спектр в перевернутом виде.)

Точка для боковой блокировки

Вы будете видеть это рядом с переходом, когда значение ОШИБКА ПОСТ. ТОКА двигается слегка вверх и вниз, по мере изменения значения линейного измерения. Опускайте значение линейного измерения до тех пор, пока этот эффект не исчезнет. При настройке значения ошибки ПОСТ. ТОКА, установите линейное измерение для развертки просто по желаемому переходу (-20 МГц) и не больше. Желаемый переход должен занимать большую часть экрана. Скорректируйте кнопку Смещение ПОСТ. ТОКА до тех пор, пока желаемая точка блокировки не будет 0 В.

Опция (для D2-110): для длительной устойчивости частотности на боковой блокировке, контролируйте ВХОД ОШИБКИ на осциллографе, откройте верхнюю часть модуля спектроскопии, и скорректируйте подстроечный резистор таким образом, чтобы желаемая точка блокировки пересекала 0 В на осциллографе.

Выровняйте спектр по центру таким образом, чтобы точка блокировки находилась точно в центре осциллографа. Переключите выключатель блокировки справа с ЛИНЕЙНОГО ИЗМЕРЕНИЯ в положение БЛОКИРОВКИ. Сигнал ошибки ПОСТ. ТОКА должен теперь отображаться как 0 В с видимым шумом.

Скорректируйте ручку КУРС и ТОНКОЕ УСИЛЕНИЕ для уменьшения шума значения ОШИБКА ПОСТ. ТОКА. Слишком высокое усиление обычно выкидывает лазер из блокировки или дает начало незатухающим колебаниям.

Посмотрите на монитор ВЫХОД СЕРВО. Если значение меньше, чем приблизительно 50 мВ, тогда лазер успешно заблокирован к желаемому переходу. Если значение больше 50 мВ, тогда сервомотор перешел к другой точке блокировки или огорожен.

Если лазер не заблокирован правильно, попытайтесь понизить усиление и выполните новую попытку. Если Вы все еще не можете заблокировать лазер, см. раздел устранения неисправностей при блокировке лазера в руководстве по эксплуатации лазерного сервомотора.

Блокировка пика

Примечание: лазер блокируется к точке, где значение ОШИБКА ПОСТ. ТОКА пересекает нулевое напряжение с положительным наклоном и когда осциллограф срабатывает к ТТЛ ЛИНЕЙНОГО ИЗМЕРЕНИЯ с положительным наклоном.

Скорректируйте лазерный ток и амплитуду линейного измерения, таким образом, чтобы можно было ясно видеть переход, к которому Вы хотите сделать блокировку.

Если он не подключен, подключите один из коротких (~1 фут) кабелей BNC от ВЫХОДА РЧ на Лазерном сервомоторе к ВХОДУ РЧ на Лазерном регуляторе. Это сигнал размытия РЧ.

Визуально контролируйте ОШИБКУ ПОСТ.ТОКА. Переключите выключатель БЛОКИРОВКА РЕЖИМА в положение ПИК. Необходимо видеть сигнал, который является производным сигнала спектроскопии. Он может иметь большее смещение ПОСТ. ТОКА, которое необходимо будет удалить подстроечным резистором смещения ПОСТ. ТОКА.

Точка  для блокировки пика

Примечание: Корректировки ФАЗЫ и РАЗМЫТИЯ АМПЛИТУДЫ установлены на заводе. Вы не должны корректировать их значения, если Вы приобрели систему полностью.

Лазер блокируется там, где сигнал ошибки пересекает 0 В с положительным наклоном. Если желаемая точка блокировки имеет отрицательный наклон, переключите выключатель УСИЛЕНИЕ СИГНАЛА на Лазерном сервомоторе для переворачивания сигнала и сделайте наклон положительным.

Вы увидите, что рядом с переходом значение ОШИБКИ ПОСТ. ТОКА двигается вверх и вниз, по мере изменения значения линейного измерения. Опускайте значение линейного измерения до тех пор, пока этот эффект не исчезнет. При настройке значения ошибки ПОСТ. ТОКА, установите линейное измерение для развертки просто по желаемому переходу (-20 МГц) и не больше. Желаемый переход должен занимать большую часть экран. Скорректируйте кнопку Смещение ПОСТ. ТОКА до тех пор, пока желаемая точка блокировки не будет 0 В.

На рисунке выше показана трассировка осциллографа значения ОШИБКА ПОСТ. ТОКА (синий) и ВХОД ОШИБКИ (желтый) для D2 ⁸⁷Rb F=2 -> F' =2, 3 сверхтонкого перекрестного перехода. Используя СМЕЩЕНИЕ ПОСТ. ТОКА, расположите Сигнал ошибки ПОСТ. ТОКА по центру вертикально вблизи нуля, чтобы обеспечить, что точка блокировки в центре пика.

Скорректируйте ток лазера таким образом, чтобы центр желаемого пика находился точно в центре осциллографа. Переключите СОСТОЯНИЕ ЛАЗЕРА из ЛИНЕЙНОГО ИЗМЕРЕНИЯ в положение БЛОКИРОВКИ. Сигнал ВХОДА ОШИБКИ должен быть постоянным на высоте желаемого пика, а значение ОШИБКИ ПОСТ. ТОКА должно быть на уровне 0 В с видимым шумом. Если значение ВХОДА ОШИБКИ перешло при переключении к БЛОКИРОВКЕ, тогда лазер перешел к неправильному переходу, или сервомотор огражден.

Скорректируйте ручку КУРС и ТОНКОЕ УСИЛЕНИЕ для уменьшения шума значения ОШИБКА ПОСТ. ТОКА. Слишком высокое усиление обычно выкидывает лазер из блокировки или дает начало незатухающим колебаниям.

Если лазер не заблокирован правильно, попытайтесь понизить усиление и выполните новую попытку. Если Вы все еще не можете заблокировать лазер, см. раздел устранения неисправностей при блокировке лазера в руководстве реконфигурируемого лазерного сервомотора.

Компания «Специальные Системы. Фотоника» является официальным дистрибьютором компании Vescent Photonics и оказывает техническую поддержку по всей линейке продукции Vescent Photonics на территории России и Таможенного Союза.

Вы можете получить любую дополнительную информацию о продукции и технологиях Vescent Photonics, обратившись к специалистам нашей компании.