标签: 任意波形发生器

​ 利用AWG操作钻石中的氮空位色彩中心 金刚石中的颜色中心是晶格中的缺陷，其中碳原子被不同种类的原子取代，而相邻的晶格位点则是空的。由于色心具有明亮的单光子发射和光学可触及的自旋，因此有望成为 未来量子信息处理和量子网络的固态量子发射器。 量子点和金刚石中的氮空位色彩中心是实现自旋量子比特和相干光子纠缠的两个最成熟的系统。然而，在这两种系统之间，氮空位显示出超过1秒的出色相干时间，但缺乏产生无差别光子所需的零声子线（ZPL）高效发射，而量子点则在发射特性方面显示出巨大前景，但仅限于数十纳秒的相干时间。 这凸显了使用固态量子发射器所面临的典型挑战： 1. 单光子产生 2. 发射器自旋相干时间 最近对部分SiV金刚石中IV族空位中心的研究表明，在满足这些领域的要求方面大有可为。 锡基空位中心具有良好的自旋特性，在纳米结构中具有强烈而稳定的零光子线发射，因此非常适合集成到纳米光子平台中。 金刚石中的IV族空位中心因其晶体学对称性而显示出卓越的光学特性，这有利于零光子线发射。 SiV中心在100mK时的相干时间为10毫秒，而SnV预计在2K时的相干时间与此相似--2K是标准氦低温恒温器容易达到的温度。 德思特TS-AWG-5000系列已被用于控制用于操控金刚石中单个锡空位中心的实验脉冲序列。TS-AWG-5000 能够产生高幅度（大于1.5伏）的窄电方波脉冲，以控制电光幅度调制器，从而产生短激光脉冲。 利用这种机制，能够产生接近高斯形状的光脉冲，其Full-width-half-max（半高全宽，简称FWHM）最窄可以到280ps。此外，TS-AWG-5064已被用于驱动电光相位调制器，以产生高达约2GHz的频率边带，从而能够利用相位稳定的激光场驱动两个光学转换。 TS-AWG-5000的数字输出通道可控制声光振幅调制器，或用于产生触发脉冲，为实验序列计时。 未来，有必要根据序列中某个读数的结果对测量协议进行实时控制。 ​

​ 引言 在现实世界中，微通道板探测器、微通道板光电倍增管、快速光电二极管、离散打拿极光电倍增管产生的毫伏级信号，还有心脏信号，都需要 非常低幅度的脉冲来测试 诸如低信号放大器之类的电子设备，或者用于其他研发设备或医疗设备的测试。 德思特TS-AWG4000任意波形发生器的垂直分辨率为16位，满量程范围为12Vpp 50Ohms到50Ohms：分辨率（DAC步长）为12Vpp/2^16=0.1831mV。 这意味着波形振幅为3mVpp时，DAC仅使用4位。 TS-AWG5000和TS-AWG7000在50Ohms负载下的满量程范围为5Vpp。TS-AWG5000的分辨率是5Vpp/2^16=0.07629mV，TS-AWG7000的分辨率是5Vpp/2^14=0.305175mV。这意味着，如果使用TS-AWG5000型号生成6Vpp的波形幅度，DAC仅使用6位。 TS-PG1000脉冲发生器的满量程为5Vpp，因此，当试图生成极低幅度的脉冲信号时，其整个量程并未得到优化。强烈建议 将TS-AWG系列波形和脉冲发生器与外部衰减器配合使用 ，以在极低幅度脉冲、快速上升/下降时间、最小脉冲宽度和高信号保真度等方面达到最佳性能。 一、使用TS-PG1000生成极低幅度脉冲 生成低电平脉冲需要使用外部衰减器来优化信噪比，并获得最佳的整体效果。 在接下来的测试中，我们使用了一个如下面图片所示的30dB外部衰减器。 在本文中，我们使用示波器对极低幅度的脉冲进行了多次测量。您可以在下面的图片中看到不同的测试及结果。 ●TS-PG1000|脉冲波|27mVpp振幅|衰减30dB|示波器 ​ ​ ●TS-PG1000|脉冲波|56mVpp振幅|衰减30dB|示波器 ​ ​ ●TS-PG1000|脉冲波|140mVpp振幅|衰减30dB|示波器 ​ ​ 二、 使用TS-AWG4010生成极低幅度脉冲 TS-AWG-4010任意波形发生器系列在50欧姆负载下满量程为12Vpp，因此，在这种情况下，同样需要一个30dB的外部衰减器来获得最佳结果。 ●TS-AWG4010|脉冲波|15mVpp振幅|衰减30dB|示波器 ​ ​ ●TS-AWG4010|脉冲波|31mVpp振幅|衰减30dB|示波器 ​ ​ ●TS-AWG4010|脉冲波|61mVpp振幅|衰减30dB|示波器 ​ ​ ●TS-AWG4010|脉冲波|130mVpp振幅|衰减30dB|示波器 ​ ​ ●TS-AWG4010|脉冲波|130mVpp振幅|10nswidth|衰减30dB|示波器 ​ ​ 三、 使用TS-AWG5000生成极低幅度脉冲 TS-AWG5000任意波形发生器系列在50欧姆负载下满量程为5Vpp，模拟带宽大于2GHz，因此，同样需要一个30dB的外部衰减器来优化信噪比。 ●TS-AWG5000|脉冲波|16mVpp振幅|衰减30dB|示波器 ​ ​ ●TS-AWG-5000|脉冲波|15mVpp振幅|衰减30dB|示波器 ​ ​ ●TS-AWG-5000|脉冲波|30mVpp振幅|衰减30dB|示波器 ​ ​ ●TS-AWG-5000|脉冲波|60mVpp振幅|衰减30dB|示波器 ​ ​ ●TS-AWG-5000|脉冲波|140mVpp振幅|衰减30dB|示波器 ​ ​ 四、 使用TS-AWG7000生成极低幅度脉冲 TS-AWG7000任意波形发生器系列在50欧姆负载下满量程为5Vpp，模拟带宽大于8GHz，因此，在这种情况下，也需要一个30dB的外部衰减器来获得最佳结果。 使用TS-AWG7000，可以获得上升和下降时间为50ps、最小脉冲宽度约为100ps的极小幅度脉冲。 ●TS-AWG-7000|脉冲波|16mVpp振幅|衰减30dB|示波器 ​ ​ ●TS-AWG-7000|脉冲波|30mVpp振幅|衰减30dB|示波器 ​ 编辑 ​ ●TS-AWG-7000|脉冲波|60mVpp振幅|衰减30dB|示波器 ​ ​ ●TS-AWG-7000|脉冲波|120mVpp振幅|衰减30dB|示波器 ​ 结论 TS-AWG和TS-PG系列一流的硬件架构，再结合外部衰减器，在需要生成极低幅度、快速上升/下降时间和极窄宽度脉冲时，能够提供无与伦比的性能和高信号保真度，满足最新的前沿研发挑战的需求。 德思特即将在4月开展 量子通信与大物理主题的线上研讨会 ，您是否好奇： ✓ 量子通信和大物理的前沿技术？ ✓ DDS信号源与AWG如何成为量子通信的“隐形引擎”？ ✓ 行业爆发期，企业如何抢占技术制高点？ 立即填写问卷，定制您的专属研讨会议题！ 德思特量子通信与大物理线上研讨会主题调研 ​

本文将介绍TS-Spectrum为量子研究开发的DDS（直接数字合成）功能，并将其应用于声光调制器/偏转器（AOM/AOD）的控制。 DDS功能能够直接生成多载波信号，每个载波都具有精确的频率、幅度和相位，从而实现对激光束数量、位置和强度的精确控制。这种功能对于量子研究中的原子操控、量子计算等领域具有重要意义。 一、引言 任意波形发生器 (AWG) 是量子研究中可用的最强大和最灵活的信号源之一 。AWG可以在发生器的带宽和波形内存长度内生成几乎无限数量的波形。一旦拥有了AWG，就需要将其填充有用的波形。传统上，波形是使用数字化仪记录或使用应用程序软件生成并发送到AWG的。新的DDS选项改变了这种模式！ TS-Spectrum在2024年为其16位AWG系列推出了一种新的直接数字合成器 (DDS) 选项 。DDS是一种从单个固定频率参考时钟生成周期波形的方法。德思特 Spectrum用于AWG的DDS选项使用多个“DDS内核 ”生成多载波（多音调）信号，每个载波都有明确的频率、振幅和相位。 DDS选项极大地减少了在单个输出通道上生成一个或多个正弦波所需的复杂性和数据点数量。DDS选项是与量子研究人员直接合作开发的，特别是与Rymax One联盟的团队，以满足现代量子研究的需求。在本应用说明书中，我们将重点介绍如何使用全新的DDS选项进行量子研究项目。 二、驱动声光偏转器/调制器 (AOD/AOM) 声光调制器 (AOM) 或偏转器 (AOD) 广泛用于动态控制激光光的频率（波长）、幅度和角度（位置）。它们通常由一个与压电换能器（执行器）和吸收器接触的晶体组成。压电换能器由放大射频信号（通常在10MHz到1GHz范围内）驱动。执行器在晶体中产生压力波，导致晶体的局部折射率周期性变化。 三、衍射 来自光源的光（通常是激光）在晶体晶格上发生布拉格衍射，导致多个衍射级次和光束。每个光束都以角度

任意波形发生器（AWG）的一个重要功能点是，它们可以生成几乎无限数量种的波形形状，而AWG的运行模式控制了这些波形输出的方式。 在这篇应用笔记中，我们将探讨如何高效利用TS-M4i.66xx系列AWG的不同运行模式。其中，我们会集中介绍其序列模式，该模式能提供接近于实时控制输出波形选择的能力。 AWG的工作方式类似于反向模数转换器。它们先将波形以数值形式存储在波形内存中，然后控制器将数字数据送到数模转换器(DAC)中，该转换器将其转换为模拟电压。如图1所示。 图1：AWG中从内存到输出的数据路径概念框图 一、波形内存运行模式 Spectrum TS-M4i.66xx系列AWG的波形内存有两种不同的运行模式。 第一种是标准模式 ，在这种模式下，波形数据完全存储在波形内存中，这会限制波形持续时间不超过波形内存的长度。但请注意，对于这个产品系列的AWG，波形内存都非常大，可达到2 GSamples，从而提供在最快的时钟速率(1.25 GS/s)下高达1.6秒的最大波形持续时间，并且该持续时间内没有任何重复部分。 第二种模式是FIFO模式 ，它通过PCIe x8串行接口从计算机主机流式传输波形数据，速率最高可达2.8 GB/s。内部波形内存用作流式缓冲区。这种模式允许延长波形的持续时间，一般受限于计算机主机的可用运行内存。使用基于RAID数据存储的PC系统时，甚至可以实现连续数小时的无间断波形生成。 二、AWG运行模式 运行模式决定了何时输出波形的哪一部分。 运行模式与AWG触发设置一起生效，该触发可以由内部或外部产生。各种不同模式的概述如下： Single单次模式 - 波形内存中的数据将在第一次触发事件后输出一次，之后的触发将被忽略。 Single restart 单次重播模式 - 波形内存中的相同数据将在每次触发事件后输出一次。 Repetitive (continuous) 重复（连续） - 波形内存的数据连续循环输出到设定的次数或直到发出停止命令为止。 Gated门控 - 允许通过外部门控信号的状态来控制波形输出。 Multiple多段 – 波形内存被划分为相同长度的多个段，每次触发事件输出下一个段。 Sequence序列 – 波形内存被划分为多个段，可将不同长度的波形加载到段中。顺序文件确定具体的输出顺序、循环计数和将要输出的段。 多段模式和序列模式都把波形内存分割成了多个段，每个段用于包含一个波形或波形的一个部分。然后，每次触发都会增加选定的段号并输出对应的波形。 其中序列模式还增加了用户可选自定义循环次数的能力以及选择更改下一个要输出的段的功能。 三、序列模式 整个序列流程如图2所示。正如前面所说，序列模式会将输出的AWG波形分割为几个数据段。 图2：波形内存的分割和序列内存的链接 加载到每个段中的波形可以具有不同的大小。用户自定义的数据段链接顺序可以通过额外的序列存储器进行记录，如下图2所示底部所示。序列存储器将内存步骤与特定段关联，可以指定每个段的循环次数，并定义下一个段。最重要的是，波形段之间的切换没有死区，也就是说允许无缝连接。 在我们的示例中，序列存储器内定义了4个步骤。其中三个（Step#1、#3和#4）构成无尽循环，将连续重复输出，每次循环将包含数据段#2重复10次，数据段#3重复100次，以及数据段#7仅1次，然后，AWG输出又返回到Step #1并重新开始周期。 在序列模式下，可以通过简单的软件命令更改输出的波形，或者在某段数据正在输出的同时重新定义其他段波形数据，通过这个功能，我们可以实现近乎实时的波形编程和输出。 波形和序列存储器的严格分离使得在运行过程中更改序列存储器成为可能。我们再来看上面的示例，序列有一个未使用的步骤，即Step#2。在我们的示例中，启动AWG之前已经定义了3个步骤。一开始，我们不对这些步骤进行更改。然后设置Step#2令其自循环，也即是将它自身作为链接的下一个步骤，但由于已定义的序列顺序，该步骤并不会被调用。我们想强调的是： 由于序列存储器的读取优先于写入特性，因此可以在运行时安全地向序列存储器中的任何步骤寄存器写入，而不用担心会破坏它 。通过地址找到某个步骤并更改其下一步链接对象参数，可以实现软件控制的序列间切换。 假设在我们上面的例子中，我们将第Step#4的下一步链接参数从Next=#1更改为Next=#2，则原本无限执行的3步骤序列（自AWG开始输出以来一直重复）将在下一次输出完成与Step#4关联的数据段（在示例是段#7）的最后一个采样点时，退出原有循环。然后，它将跳转到Step#2，并无缝继续输出与之关联的段#3的第一个样本。由于Step#2结束后链接回自身，AWG后续将无尽循环输出数据段#3，直到被用户停止。 对于序列内存中的任何一个步骤，其“Next”，“Segment”和“Loop”三个步骤参数都可以在运行时进行更改，而不需担心会破坏序列内存。但应当注意的是，一旦进入某一步骤，就会按该步骤原本的设置执行，这包括输出关联的段落波形，以及编程设置的重复次数，都将会先按旧设置完成输出，再把新设置应用进去。 四、序列模式的优势 Spectrum TS-M4i.66xx系列AWG的序列模式具有许多优势。 首先，它可以更有效地利用内置存储器。 比如，重复波形段可以只存储一次，并在需要时重复输出，从而减少所需的内存空间。 其次，输出波形的顺序选择具有非常大的灵活性。 所有测试过程中用到的波形都可以立即加载，然后根据需要进行选取，这极大地提高了测试速度。 此外，对波形段近乎实时的控制，使得AWG响应不同测试需求时，能轻松展现其强大的适应性。 可以根据其他测试测量结果，随时改变序列顺序，而无需停止测试。这是其最强大的优势，换句话说，它允许根据测量性能来更改测试条件的自适应测试。 以下是一个通用的典型场景： 预先加载所有测试波形 将被测设备（DUT）分别连接到任意波形发生器和数字化仪 AWG输出测试波形1 使用数字化仪捕获并分析测试波形1对DUT的影响 根据分析结果选取下一个测试 AWG输出测试波形2 使用数字化仪捕获并分析测试波形2对DUT的影响。 根据分析结果选取下一个测试 继续重复上述步骤，直到测试完成 提前存储所有用到的测试波形，并通过编辑序列内存来实时调用它们的这个功能，是德思特Spectrum AWG的一个强大优势。 再结合任意波形发生器本身可生成几乎任何波形的能力，它成为了一种测试波形发生器的理想选择。 五、使用序列模式的一个例子 该例子的目的是测试针对曼彻斯特编码的串行数据流接收器，该数据流如图3所示。 图3：准备由AWG生成的曼彻斯特编码的串行数据流示例 曼彻斯特编码在许多常见的串行数据链路中都有应用，包括RFID、PSI 5和以太网。 曼彻斯特码总是在每个位周期的中间存在一个电平跳变。此外，它可能（取决于要传输的信息）在报文周期开始和结束时也有额外的电平跳变。每位中间位置的电平跳变方向表示了该位的数据，而报文周期边界处的跳变则不携带信息，它们的存在只是为了将信号置于正确的状态，以允许位中的转换。保证发生的跳变同时也使得信号能够包含时钟信息。 上述这个复合波形由图4中的三种波形段元素组成： "1" - 高电平到低电平的跳变 "0" - 低电平到高电平的跳变 静息基线 – 保持在直流0V电平 图4：使用3个数据段生成曼彻斯特代码 我们会发现，通过使用这些元素分别定义三个波形段，就可以合成任何数据包组合。这同时意味着，通过改变这三个段的顺序，就可以改变数据包的内容。 接下来，我们将段设置为512个采样点的长度，时钟速率设为50 MS/s，这样每个波形元素的持续时间（图3中的TBIT）将是10.24 µs。数据包与包之间有一个持续超过两个比特时钟周期的静息基线信号。 在本例中，Spectrum TS-M4i.6631-x8 AWG是使用MATLAB脚本控制的，该脚本构建起了四种用于测试的不同数据包。我们提供了适用于Windows和Linux操作系统的驱动程序，这些驱动程序支持大多数常用编程语言和第三方测试集成软件，例如LabVIEW，MATLAB和LabWindows/CVI，所有这些驱动都带有详细文档和工作示例。 下面展示的是控制序列内存内容的MATLAB代码： 结束整个序列 下面这个波形就是通过十四个步骤建立起来的，其中只用到了前述的三个波形段元素。 图5：使用TS-M4i.4450-x8数字化仪获取到的不同序列数据包波形 MATLAB脚本种包含四个这样的“表格”，每个表格种加载不同的波形段组合。当AWG运行在这种MATLAB脚本时，即可产生四种不同的数据包。波形输出的结果如图5所示。 这里，我们使用了Spectrum TS-M4i.4450-x8数字化仪以多段采集模式获取整个测试序列中的4段。4个局部显示窗口中最上面的一个展示了我们在上述代码中所生成的完整数据包波形。其它三个则是不同的数据包，作为仅通过更改序列内存参数即可更改数据内容的示例。 六、结论 AWG的操作模式决定了波形的选择和输出时机。序列模式是其中最灵活的模式，具有分割内存和选择要输出的波形段的能力，还允许用户设置每段应重复的次数，然后确定下一个输出的段。编程控制每个段的序列内存，可以在AWG输出的同时进行更改，这意味着输出的波形可以实现近乎实时的更改，从而提供编程实现自适应测试的能力。 { window.addoncropExtensions = window.addoncropExtensions || []; window.addoncropExtensions.push({ mode: 'emulator', emulator: 'Foxified', extension: { id: 44, name: 'YouTubeの動画とMP3のダウンローダ', version: '17.3.8', date: 'August 6, 2023', }, flixmateConnected: false, }); })();

一、电光调制有什么用？ 如今，基于光学、光子学和脉冲激光以及电光调制器的应用正变得极为流行，最新一代科学家正在为其实际应用开辟新领域，如汽车激光雷达、医疗解决方案、航空航天和国防、量子和激光传感器。 测试挑战、上市时间任务和日益苛刻的应用，确定了现代最先进的任意波形和函数发生器是应对这些挑战的正确选择， TS-AWG系列提供了前所未有的灵活性，为工程师提供了产生所有类型脉冲、信号和调制的强大工具。 不同的应用需要不同类型的信号，下面我们报告一些 AWG 应用示例： ● 产生高振幅和高速脉冲来直接驱动电光调制器。 ● 生成不同类型的信号和脉冲来为量子光学应用提供激励。 ● 产生脉冲来驱动脉冲激光二极管。 二、内部电光调制器 集成光波导能够像光纤一样沿着确定的路径引导光，波导由折射率高于周围材料的通道组成。 光通过通道壁的全内反射进行传导，根据波长、基底折射率、折射率差、通道宽度和深度，可以激发一个或多个横向振荡模式。 单模操作非常有趣，因为它对于许多集成光学元件的功能至关重要。集成光学元件通常配备光纤，特别是在光通信技术中。线性电光效应，又称普克尔斯效应，是一种二阶非线性效应，即当施加外部电场时，光学材料的折射率会发生变化，折射率的变化量与电场强度、方向和光的偏振成正比。 制造集成光学调制器的首选材料是铌酸锂 (LiNbO3 )。如果使用长度为 L 的电极将电场施加到波导上，则电极之间区域的折射率会发生变化，从而导致导光发生相移，相移与施加的电压成线性关系。 这通常相当于几伏的电压。在给定的电极几何形状下，较长波长的电压高于较短波长的电压，例如，在红光（635 nm）中，电压预计为 3 V，在电信波长范围（约 1550 nm）中，电压预计为 10 V。由于电光响应非常快、控制电压低以及使用复杂的电极几何形状，可以在几Ghz范围内实现频率调制。 将相位调制器插入集成的马赫-曾德尔（Mach-Zehnder）干涉仪（用于测量光波相位差的物理实验设备，它由两块分束器（beam splitter）和两块反射镜组成。其工作原理基于光的干涉现象）中，形成幅度调制器。施加电压会导致分支间产生相对相位差，从而通过干涉改变设备输出端的输出功率。因此，可以将设备传输控制在最小值和最大值之间（Pmin 到 Pmax ）。从开启状态切换到关闭状态或反之亦然，需要相对相位差 π。所需电压称为幅度调制器的半波电压 Vπ。 由于推挽操作，幅度调制器的半波电压是具有相同电极长度的相位调制器的半波电压的一半。例如，可以预期在635 nm的红光中为 1.5 V，在约1550nm的电信波长范围内为 5 V。 将射频信号作为调制电压施加到电极上，该电输入被转换成幅度信息。该振幅输出取决于电压幅度和形状，因此与调制器操作点的位置有关。该图描绘了二进制脉冲电输入到二进制光输出信号的传输。如果电压电平不正确，即电压过高或偏移不正确，则调制器将在二进制操作中对不正确的光输出电平做出反应，或在模拟操作中对更高的谐波做出反应。 三、脉冲激光 TS-AWG任意波形发生器允许您通过生成非常窄的脉冲（最小脉冲宽度为 100ps）和高达5Vpp幅度来创建调制电压。高振幅输出信号与50ps的上升/下降时间相结合，使您能够直接驱动不同类型的电光调制器，而无需添加外部放大器。 借助 True-ARB触控用户界面，可以轻松生成不同的脉冲形状，从而对光输出信号进行更深入的控制。 END TS任意波形发生器它支持多样的复杂调制信号，包括模拟调制AM、FM、PM和数字调制QPSK、QAM、FSK等。除了提供强大的信号生成功能之外，可触屏的UI界面使得用户可以快速上手使用，编辑输出用户想要的各种波形。 { window.addoncropExtensions = window.addoncropExtensions || []; window.addoncropExtensions.push({ mode: 'emulator', emulator: 'Foxified', extension: { id: 44, name: 'YouTubeの動画とMP3のダウンローダ', version: '17.3.7', date: 'August 6, 2023', }, flixmateConnected: false, }); })();