| |
|
SMV-2015-38: Možnosti realizace laserového zdroje pro distribuci stabilních optických frekvencí
Hrabina, Jan ; Pravdová, Lenka ; Čížek, Martin ; Pham, Minh Tuan ; Hucl, Václav ; Řeřucha, Šimon ; Číp, Ondřej
Předmětem projektu SMV bylo vypracování odborné studie a ověření proveditelnosti/dosažitelných parametrů velmi stabilního laserového zdroje pro generování velmi stabilní optické frekvence s požadavkem na velmi vysokou koherenci výstupního záření. Výzkum zahrnoval: odborný rozbor a vypracování studie možností realizace frekvenčně stabilizovaného laserového zdroje pro distribuci velmi stabilních optických kmitočtů po stávajících optovláknových telekomunikačních linkách (~1541 nm) a experimentální ověření dosažitelnosti požadovaných parametrů tohoto zdroje: výběr vhodného laserového zdroje s ohledem na požadované přenosové pásmo; důraz na požadavek vysoké koherence výstupního záření laseru (přenosy na velmi dlouhé vzdálenosti) a na vysokou stabilitu výstupní optické frekvence; možnosti metrologické návaznosti měření; teoretické srovnání dosažitelných parametrů navrženého zdroje s jinými dostupnými laserovými standardy; experimentální ověření vybraného konceptu laserového zdroje s měřením dosažitelných hodnot klíčových parametrů; součástí experimentální části byl návrh řídící elektroniky pro detekci velmi slabých záznějových RF signálů (měření frekvenční stability laserových zdrojů srovnáváním s vybranými optickými komponenty frekvenčního kombu); součástí práce bylo shrnutí všech klíčových výsledků v detailní studii.
|
|
Frekvenční stabilizace laserové diody pracující na 633 nm pro metrologii délek
Pham, Minh Tuan ; Hucl, Václav ; Čížek, Martin ; Mikel, Břetislav ; Hrabina, Jan ; Řeřucha, Šimon ; Lazar, Josef ; Číp, Ondřej
Polovodičové lasery jsou v dnešní době velmi pohodlné a vhodné pro řadu aplikací v oblasti lidské činnosti. Především je to díky jejich malé velikosti, nízkým nákladům a vysokou energetickou účinností. Tato práce se zabývá četností stabilizace DBR diodového laseru, který pracuje na vlnové délce 633 nm a měření jeho vlastností hluku. K tomuto účelu jsme vybrali DBR diodu EYP-DBR-0633 od Eagleyard fotoniky. Tyto konkrétní laserové diody v teplotním rozmezí od 6 stupňů Celsia do 24 stupňů Celsia mají rozsah ladění 0,86 nm, což odpovídá změně 650 GHz v optickém frekvenční oblasti.
|
|
Digitální syntezátor pro kompenzaci Dopplerova jevu na optických trasách
Hucl, Václav ; Čížek, Martin ; Pham, Minh Tuan ; Pravdová, Lenka ; Číp, Ondřej
Distribuce vysoce stabilních optických frekvencí po optovláknových trasách velice často naráží na problém, že stabilita optické frekvence laseru na vzdáleném konci trasy je degradována působením vnějších vlivů na vlákno. není-li totiž vlákno vlivem změn teploty svoji délku, či je vystaveno vibracím, dochází k uplatnění Dopplerova jevu. V našem příspěvku popisujeme variantu elektronického zapojení, kde je detekce fáze signálu z fotodetektoru prováděna analogově, PID regulace je prováděna digitálním signálovým procesorem (DSP) a VCO je nahrazen obvodem přímé digitální syntézy signálu (DDS) řízeným přes rychlé sériové komunikační rozhraní z DSP.
|
|
Distribuce přesné optické frekvence a času po fotonických sítích v České Republice
Číp, Ondřej ; Čížek, Martin ; Pravdová, Lenka ; Hucl, Václav ; Řeřucha, Šimon ; Hrabina, Jan ; Lešundák, Adam ; Mikel, Břetislav ; Lazar, Josef ; Vojtěch, J. ; Smotlacha, V.
Realizace jednotky času 1 sekunda i jednotky délky 1 metr je v současnosti založena na vysoce stabilních oscilátorech, pracujících buď v radiofrekvenční oblasti (řádově MHz až GHz) nebo v oblasti optických kmitočtů (stovky THz). Společným znakem těchto zdrojů je jejich mimořádná relativní stabilita generované frekvence.U stabilních zdrojů frekvence probíhá ověření jejich vysoké stability vzájemným porovnáním generovaných signálů pomocí celé řady technik, kdy nejběžnější jsou záznějová a fázová měření. V případě zdrojů s nižší stabilitou probíhá měření na tzv. metrologickém porovnávání v některé ze specializovaných laboratoří. Tehdy je vzdálenost mezi porovnávanými systémy maximálně jen několik metrů a problematika přenosu signálů mezi testovanými zdroji se neřeší, neboť má při těchto dispozičních délkách zanedbatelný vliv. Zcela jiná situace je u optických hodin, které lze pro jejich komplikovanost převážet jen omezeně. Z těchto důvodů již několik let probíhá intenzivní výzkum v oblasti přenosu stabilních frekvencí pomocí optických vláken. Fotonický přenos dovoluje přenést zároveň nosnou optickou frekvenci, která je v současnosti generována právě pomocí super koherentních laserů. Další výhodou je skutečnost, že díky rozvoji komunikačních technologií pro Internet jsou nyní dobře propojena velká města i metropolitní sítě optickými vlákny, na kterých se provozuje tzv. hustý multiplex optických frekvencí (DWDM) umožňující přenášet paralelně mnoho optických signálů přes jednou vlákno v jeden okamžik.
|
|
SMV-2014-27: Optická soustava pro generování stabilní optické frekvence
Hrabina, Jan ; Číp, Ondřej ; Čížek, Martin ; Hucl, Václav
Smluvní výzkum byl zaměřený na návrh, vývoj a realizaci nové optické soustavy pro generování stabilní optické frekvence využívající lineární absorpci v parách izotopicky čistého acetylenu. Součástí systému byl návrh a vývoj úzkopásmového DFB laserového zdroje včetně navržení a dodávky nízkošumové napájecí a řídicí elektroniky; návrh, vývoj a dodání optické soustavy s optovláknovým výstupem pro frekvenční stabilizaci laseru metodou lineární spektroskopie v parách acetylenu včetně speciální absorpční kyvety plněné superčistým acetylenem a vybavené antireflexními vrstvami na optických okénkách, vývoj a dodávka řídící elektroniky pro automatickou stabilizaci frekvence laseru na střed vybrané absorpční čáry rotačně-vibračních přechodů v parách acetylenu; vývoj obslužného SW.
|
|
Elektronika pro stabilizaci optických frekvenčních hřebenů
Hucl, Václav ; Čížek, Martin ; Šmíd, Radek ; Lazar, Josef ; Číp, Ondřej
Většina experimentů využívajících optický hřeben (komb) vyžaduje frekvenční a fázové zavěšení repetiční frekvence frep a offsetové frekvence fCEO na stabilní RF referenční signál generovaný z vysoce přesného oscilátoru (H-maser, GPSDO…). K zabránění tepelnému a mechanickému ovlivňování experimentálních sestav a optického hřebene při dlouhodobých experimentech je zároveň nanejvýš žádoucí v maximální možné míře omezit dobu pobytu osob v laboratoři. Tyto důvody nás vedly ke zkonstruování dálkově ovládaného systému pro dálkově pro dlouhodobou stabilizaci optického frekvenčního hřebene. V našem případě jsme stabilizovali optovláknový komb FC1500 od firmy Menlo Systems. Stabilizace probíhá ve dvou nezávislých smyčkách fázového závěsu. V první smyčce dochází k regulaci repetiční frekvence fs laseru, kde využíváme výstupní signál fotodetektoru monitorujícího výstup fs laseru jako zpětnou vazbu. V druhé smyčce regulujeme offsetovou frekvenci na základě zpětné vazby zprostředkované výstupním signálem f-2f interferometru. Regulace je realizována ve dvou řádech. První řád tvořený rychlým regulátorem s obvodem AD9956 s omezeným rozsahem přeladění je doplněn pomalejším regulátorem druhého řádu s velkým výstupním dynamickým rozsahem realizovaným s využitím digitálního signálového procesoru. Elektronika je připojena na komunikační sběrnici CAN, což umožňuje vzdáleně ovládat celé zařízení z prostředí LabView.
|
|
Elektronika pro komunikaci v přístrojové technice
Hucl, Václav
V Ústavu přístrojové techniky AV ČR používáme pro komunikaci mezi počítačem a přístroji využitými v experimentech průmyslovou sběrnici CAN (Controller Area Network). V prezentované práci je popsána elektronika zprostředkovávající komunikaci po této sběrnici (CANHUB) a oproti předchozímu řešení zajišťuje větší bezpečnost a spolehlivost komunikace. Popisované komunikační jednotky budou nasazeny v nově vybudovaných aplikačních laboratořích ALISI. Hlavním přínosem zařízení je vytvoření čtyř nezávislých větví CAN sběrnice, které spolu mohou vzájemně komunikovat, ale zkrat, rozpojení či jiná porucha hardwaru v jedné větvi, nemá vliv na zbylé tři. Pomocí karty CANHUB je možné připojit přístroje propojené CAN sběrnicí k počítači pomocí USB rozhraní nebo přes síť Ethernet.
|
| |
|
The smart electronic unit for precise measurement of refractive index of air in a nano-positioning stage for scanning probe microscopy (SPM)
Hucl, Václav ; Čížek, Martin ; Buchta, Zdeněk ; Mikel, Břetislav ; Lazar, Josef ; Číp, Ondřej
When the traceable measurement of dimensions of samples in scanning probe microscopy is needed the position of the probe tip has to be monitored by a set of laser interferometers. The measurement is done very often during standard atmospheric conditions so the changes of the refractive index of air have an influence to measured values of the length with 1.0exp(-4) relatively. Thus the measurement of the refractive index of air and application of the instantaneous value of the index to all of measurement interferometric axes is necessary. In the work we developed new concept of electronic unit which is able to monitor the refractive index of air on basis of measurement of weather conditions: temperature, humidity and pressure of the air. The unit uses modified Edlen formula for calculation of the refractive index. The next step of the work is verification of accuracy of the measuring capability of the unit. We tested the accuracy with reference unit which measure the refractive index of air by a set of etalon sensors. The expected accuracy of the smart electronic unit falls to the 4.1exp(-7) relatively. The important advantage of the unit is very low power consumption of electronics so the unit causes very small temperature effects to the measuring process.
|