Lazer stabilizatsiya tizimini yaratish kuchaytirgichda katta hajmli va qimmat analog blok-o‘rnatishni anglatar edi. Samarali bo'lsa-da, bu tizimlar zamonaviy raqamli yondashuvlarga nisbatan moslashuvchanlik, kechikish va integratsiyada cheklangan bo'lishi mumkin. Raqamli signallarni qayta ishlashdan foydalanadigan raqamli qurilmalar o'zidan oldingi qurilmalardan ustundir, buni real{3}}jahon amaliy tadqiqotlari ko'rsatdi. Lazer stabilizatsiyasi kelajakdagi raqamlimi?
Lazer stabilizatsiyasi muhim ahamiyatga ega. Ko'pgina lazer stabilizatsiyasi sozlamalarida chastota og'ishini ifodalovchi signal juda zaif va ko'pincha fon shovqiniga ko'milgan. Atrof-muhitning buzilishi va detektor shovqini o'lchovda osongina ustunlik qilishi mumkin, bu esa xato signalini ishonchli chiqarishni qiyinlashtiradi.
Ko'rinishga qaramay, lazerlar mukammal sof rang va doimiy quvvatni yaratmaydi. Ular atrof-muhitga sezgir bo'lganligi sababli, harorat, tebranish, bosim yoki quvvat manbaidagi kichik siljishlar lazer chastotasining o'zgarishiga va quvvatning o'zgarishiga olib kelishi mumkin. Hatto kichik o'zgarishlar ham laboratoriya va o'quv sharoitlarida sezilarli ta'sir ko'rsatadi.
Yuqori aniqlikdagi spektroskopiya kabi yuqori-aniqlikdagi ilovalar uchun bu beqarorlik qabul qilinishi mumkin emas. Shaxslar tebranishlarni faol ravishda to'g'irlash va lazer chiqishini yuqori barqaror tashqi mos yozuvlar bilan bloklash uchun lazer stabilizatsiya tizimlaridan foydalanishlari kerak.
Lazerni barqarorlashtirishning umumiy usuli - bu teskari aloqa davri. Yorug'lik namunasi bo'linadi va barqaror mos yozuvlar uchun yuboriladi va detektor barqaror mos yozuvlar bilan solishtirganda lazer chastotasini o'lchaydi. Nolga teng xato signali lazer mos yozuvlar holatiga qulflanganligini ko'rsatadi, noldan yuqori yoki pastroq og'ishlar chastotaning siljishini ko'rsatadi.
Xato signallari ko'pincha juda zaif bo'ladi, chunki ular fon shovqini ostida ko'miladi. Uni chiqarishning an'anaviy usuli - bu ma'lum chastotadagi signalni izlash uchun maxsus sozlangan jismoniy quti-kuchaytirgichda-analog qulflash.
Kuchaytirgichlarda analog blok- bilan bog'liq muammolar
Ilgari lazer stabilizatsiya tizimini yaratish detektorlar va boshqa elektron modullarga jismoniy simli boʻlishi kerak boʻlgan kuchaytirgichda-yakka analog blok- sotib olishni anglatardi. Bu samarali, ammo moslashuvchan emas edi. Professionallar modulyatsiya chastotasini o'zgartirish uchun uskunani o'zgartirishi yoki almashtirishi kerak edi.
Kuchaytirgichlardagi analog blok-oʻnlab yillar davomida nozik oʻlchovlar uchun asos boʻlib kelgan, chunki ular aniq maʼlumot olish zarur boʻlgan oʻta shovqinli muhitdan zaif signallarni ajratib olishi mumkin. Ular o'z maqsadlariga samarali xizmat qilishdi, lekin rivojlanayotgan ishlash kutilmalarini qondirishga harakat qilmoqdalar. Foydalanuvchilar qurilmaning asosiy funksiyalari va sozlamalarini-jumladan, ish chastotasi diapazoni, filtr turlari va vaqt konstantalarini osongina o‘zgartira olmaydi.
Kuchaytirgichlardagi raqamli blok-komponentlarning siljishisiz-aniq filtrlash va ko‘p chastotali demodulyatsiya uchun raqamli signalni qayta ishlash algoritmlari orqali kirish signallarini raqamlashtiradi. Ular yuqori-samaradorlik, real-vaqt, parallel matematik operatsiyalar uchun moʻljallangan.
Raqamli tatbiq raqamli qurilmadagi koddagi analog blokning-butun funksiyasini takrorlaydi. U xato signalini real vaqtda chiqarish uchun raqamlarni filtrlaydi va qayta ishlaydi, raqamli{2}}analogga{3}}konvertor esa lazerni tuzatish uchun zarur kuchlanishni yaratadi. Ushbu yondashuv ishlash va funksionallik bo'yicha, xususan, moslashuvchanlik va integratsiyani talab qiladigan ilovalarda analog dasturlardan oshib ketishi mumkin.
Raqamli signallarni qayta ishlash asoslari
Zamonaviy yondashuv kuchaytirgichning asosiy funksiyalaridagi qulfni- raqamlashtirishdir. Yuqori{2}}tezlikdagi analog{3}}to{4}}raqamli konvertor (ADC) detektordan shovqinli analog signalni raqamli ma'lumotlar oqimiga aylantiradi. Raqamli signalni qayta ishlash ushbu ma'lumotlar bo'yicha matematik operatsiyalarni bajaradi. Haqiqiy vaqtda xato signalini olish uchun chiqish filtrlanadi va qayta ishlanadi.
Signallarni ma'lumotlarga aylantirish.ADC uzluksiz analog kirish signalini diskret raqamlar qatoriga aylantiradi. Kirish kuchlanishini yuqori, belgilangan tezlikda namuna olish asl to'lqin shakliga yaqinlashadigan ma'lumotlar oqimini hosil qiladi. Maqsad kirish signalini mos yozuvlar, odatda sinus to'lqini bilan solishtirishdir.
Buning uchun tizim kirish signalini ajratadi. Ikkalasi ham mos yozuvlar va 90-daraja-ko‘chirilgan nusxa bilan alohida ko‘paytiriladi. Analog asboblardan farqli o'laroq, raqamli texnologiya signalni bo'lishda signal-to-shovqin nisbati yo'qotishlarini yo'q qiladi. Keyin bu signallar shovqinni olib tashlash va ma'lumotlarni o'rtacha hisoblash uchun bir xil raqamli past o'tkazuvchan filtrlardan o'tadi.
Demodulyatsiya jarayonining chiqishi ikkita barqaror to'g'ridan-to'g'ri oqim qiymatidir. Ularni tozalash uchun siz yuqori chastotali signallarni bostirishi va shovqinsiz to'g'ridan-to'g'ri oqim (DC) signalini berishi kerak bo'lgan kaskadli integrator taroq (CIC) yoki chekli impulsli javob (FIR) kabi raqamli filtrlardan foydalanasiz.
Tozalash signallari.CIC mashhur, chunki u filtr koeffitsientini saqlash yoki ko'paytirishni talab qilmaydi. Bu eng oddiy hisob-kitoblarga asoslanadi-bu filtrlarni amalga oshirish uchun faqat ayirish va qoʻshish kerak. Bundan tashqari, FIR bilan solishtirganda ancha past hisoblash murakkabligi bilan past-o‘tish filtriga erishishingiz mumkin.
FIR hali ham foydalanishga ega bo'lsa-da, u juda past -o'chirish chastotasini talab qiladi, bu esa murakkab operatsiyalar, sezilarli resurslar sarfi va yuqori kechikishlarga olib keladi. Agar siz FIR ni afzal ko'rsangiz, bitta koeffitsient jadvalini almashadigan ikkita filtr bilan optimallashtirishingiz mumkin. Bu usul yuqori ishlash, past hisoblash murakkabligi va past resurslardan foydalanishni ta'minlaydi.
Minimal kechikishlar.Aralashtirgandan so'ng, signal hali ham shovqinli bo'lishi mumkin. Uni tozalash uchun qulflash-o'rtacha signalni olishi kerak. O'rtacha hisoblash kechikishlarning keng tarqalgan manbai hisoblanadi, chunki tabiatan u bir zumda o'zgarmaydi va vaqt o'tishi bilan o'lchanishi kerak.
Agar siz juda qisqa vaqt oralig'ini o'rtacha hisoblasangiz, chiqish o'zgarishlarga juda tez javob beradi, lekin siz ko'p shovqinni filtrlamaysiz. Aksincha, uzoq vaqt davomida o'rtacha hisoblash shovqinni samarali ravishda yo'q qiladi va toza va barqaror natija beradi, ammo haqiqiy signal o'zgarganda javob berish uchun uzoq vaqt kerak bo'ladi.
Vaqt konstantasini-oʻrnating, u tizimning kiritishga qanchalik tez javob berishini-juda qisqa qiymatga oʻlchaydi. Sizning chiqishingiz shovqinli bo'lsa-da, u har qanday o'zgarishlarga deyarli bir zumda javob beradi. Vaqt konstantasini asta-sekin oshirsangiz, chiqish ortda qola boshlaydi. Eng qisqa o'rtacha vaqtni olish uchun signal ishonchli o'lchash uchun etarlicha barqaror bo'lgandan keyin to'xtating.
Raqamli joriy etishning afzalliklari
Kuchaytirgichlardagi raqamli blok- bilan laboratoriya mutaxassislari kod qatorini tahrirlash orqali-filtr sozlamalari, modulyatsiya chastotasi va daromad- kabi parametrlarni oʻzgartirishi mumkin. Har qanday uskunaga teginishning hojati yo'q. Raqamli boshqaruv analog komponentlar bilan amalga oshirish qiyin yoki imkonsiz bo'lgan murakkabroq, moslashuvchan stabilizatsiya usullarini ta'minlaydi.
Ko'proq intuitiv bo'lishdan tashqari, bu tizim odatda arzonroqdir. Bitta dasturlashtiriladigan qurilma analog komponentlarga ega bo'lgan bir nechta maxsus elektron qutilarga qaraganda ancha arzon bo'ladi. Haqiqiy{2}}dunyo sozlamalarida raqamli signalni qayta ishlashga ega lazer stabilizatsiya tizimlari samarali, kuchli va iqtisodiy-tejamkor.
Skanerli zond mikroskopiyasi (SPM), masalan, mikro- va nano masshtabli sirt topologiyasi xaritalarini taqdim etadi. Odatda, skanerlash nuqtasi tartibi to'rtburchaklar topografiya rastr naqshlarida aniqlanadi. Ushbu strategiyaning xavfi shundaki, skanerlash zichligi etarli emasligi sababli qimmatli ma'lumotlar o'tkazib yuborilishi mumkin. Bundan tashqari, pastroq piksellar soni etarli bo'lsa, tizim ma'lumotlar bilan to'lib ketishi mumkin.
Moslashuvchan skanerlashni qo'llab-quvvatlaydigan kontroller ma'lumotlarni yig'ishni yanada samarali qiladi. Bitta amaliy tadqiqot shuni ko'rsatdiki, hatto arzon narxlardagi raqamli signal protsessorlari ham 16{9}}, 18- va 20-bitli operatsiyani ta'minlash uchun{2}}zamonaviy tijorat mikroskoplari-bilan taqqoslanadigan samaradorlikka erisha oladi. Ushbu tajriba kuchli asboblarni yaratish uchun moslashuvchan, tayyor komponentlardan foydalanish imkoniyatlarini ko'rsatdi.
Kattaroq bit chuqurligi kontroller juda kichikroq balandlik farqlarini o'lchashi mumkinligini anglatadi. Nano miqyosda suratga olish mayda xususiyatlarni aniqlash uchun oʻta aniqlikni talab qiladi va yanada nozik nazorat va oʻlchash uchun mahalliy 14-bitli ruxsatni 18-va 20-bitga oshirish uchun platalarga-qoʻshilgan maxsus tizimdan foydalaniladi.
Lazer stabilizatsiya tizimining prototiplari
Kuchaytirgichlardagi raqamli blok-chastota sintezi va faza sezgirligini aniqlash- tufayli ularning analoglariga qaraganda ancha aniqroqdir (. 1-rasmga qarang). Raqamli ilovalar, qo'shimcha murakkabliklarga qaramay, ko'proq moslashuvchanlik va miqyoslilikni ta'minlaydi. Analog qurilmalarni loyihalashda, analog elektronikaning cheklovlari tufayli ba'zi xatolarni yumshatish qiyin.
Kvant optikasi tadqiqotchilari murakkab qayta aloqa tarmoqlarini yaratish uchun raqamli signalni qayta ishlashdan foydalanadimi yoki universitet laboratoriyalari talabalarga lazer fizikasi tamoyillarini o'rgatadimi, bu lazer stabilizatsiya tizimlari o'zlarining analoglaridan ustundir.
Samarali tizimni yaratish uchun odamlar tartibsiz, eskirgan apparatdan aqlli, moslashuvchan dasturiy ta'minotga o'tishlari kerak. Prototip yaratishda ular reaksiya vaqti va xato signali barqarorligini muvozanatlash uchun filtrning vaqt konstantasini imkon qadar qisqa qilib belgilashlari kerak. Stabilizatsiya teskari aloqa zanjiri lazerning siljishidan tezroq bo'lishi kerak.
O'lchovdagi yaxshi blok- optimal mos yozuvlar signaliga asoslanadi. Tashqi ma'lumotnomadan foydalanganda ular chastotaning yaxshi aniqlanganligini va fazaviy shovqinsiz bo'lishini ta'minlashi kerak. Oldindan sifatni ta'minlash bo'yicha ba'zi chora-tadbirlarni amalga oshirgandan so'ng, ularning tizimi ko'p ishlarni bajaradi. Agar tuzatishlar kerak bo'lsa, bu kod qatorini o'zgartirish kabi oson.
Raqamli ilovalarga o'tish
Lazerni barqarorlashtirish katta shovqin orqali juda zaif xato signalini aniqlashni talab qiladi. Kuchaytirgichdagi qulf-uni ajratib olishda ustunlik qiladi, lekin hammasi ham teng yaratilmaydi. Raqamli, dasturiy ta'minot{3}}belgilangan platforma katta hajmli, qimmat uskuna o'rnini bosadi va prototip yaratish va amalga oshirishni tezroq, arzonroq va moslashuvchan qiladi (. 2-rasmga qarang).
Aniqlikka intilish uchun kuchaytirgichda bir vaqtlar-keng tarqalgan analog blok- endi eskirgan. Hali ham foydalanish mumkin bo'lsa-da, uning zamonaviy hamkasbi aniq ustundir. Siz hali ham 1970-yillardagi kuchaytirgichlarda analog blok-dan foydalanyapsizmi yoki raqamli signalni qayta ishlash boʻyicha birinchi loyihangiz ustida ishlayapsizmi, yangilanishni osonlik bilan oqlashingiz mumkin.
