使用LabVIEW 與 NI FlexRIO實現單原子反饋控制
加入技術交流群
"使用NI FlexRIO，我們定制了自己的高性能硬件設備。基于LabVIEW FPGA，我們能夠快速開發FPGA代碼，因為它具有很高程度的概括性，同時適當地集成了VHDL IP"
本文引用地址：http://www.j9360.com/article/121896.htm– Christian Sames, Max-Planck Institute of Quantum Optics
The Challenge:
開發一種定制的時域數字轉換器來研究光與物質相互作用的基本量子性質。
The Solution:
使用NI公司的 FlexRIO 與 LabVIEW FPGA模塊來創建強大的，多功能的定制儀器，從而使我們可以用硬件實現時間嚴格任務的實時處理。這樣可以實現對極小系統的反饋控制，甚至于單個原子與單個光子的相互作用。
Author(s):
Christian Sames - Max-Planck Institute of Quantum Optics
Markus Koch - Max-Planck Institute of Quantum Optics
Haytham Chibani - Max-Planck Institute of Quantum Optics
Maximilian Balbach - Max-Planck Institute of Quantum Optics
Tatjana Wilk - Max-Planck Institute of Quantum Optics
Gerhard Rempe - Max-Planck Institute of Quantum Optics圖1. 用于研究光與物質基本相互作用的激光系統的一部分。系統包括多種透
反饋是控制動態系統最強有力的技術之一。我們實驗室研究的系統含有一個單獨的，與單個光子相互作用的中性孤立原子——量子化電磁場的本征激發——被高反射性的腔式鏡面所環繞(如圖 1和 2)。使用這套系統，我們可以研究光與物質相互作用的基本量子性質，要實現這一點必須將原子限制在腔鏡的中央。然而，固有的加熱過程更傾向于將原子推向其它位置。我們的目標是通過快速的電子反饋技術來抑制這種運動，使用回復力抵消這種逃逸運動。其基本原理如圖3所示。運動的不可預測性使得針對它的反應必須快速，但是系統的量子特性限制了信息量的提取。因此，我們必須在100ns內，快速執行基于單個光子探測決策過程。我們展示的反饋方案[1,2]在這方面做得非常好。
圖1. 用于研究光與物質基本相互作用的激光系統的一部分。系統包括多種透鏡，鏡面，以及光學模塊。
圖2. 用于單個原子和光子實驗的光學諧振腔（紅色）
圖3. a）一個光子探測器監測原子的位置。 NI FlexRIO FPGA處理信號并且控制光纖勢能。 b）當原子向中心移動，勢能降低，反之亦然，從而引起原子失去動能。
解決這一棘手任務的關鍵電子元件是NI PXI-7954R NI FlexRIO FPGA模塊，結合NI 6581高速數字輸入輸出適配器模塊。使用適配器模塊的主要意圖是通過緩沖暴露的FPGA引腳的數字輸入與輸出，防止損壞。NI FlexRIO模塊被安裝在NI PXIe-1075機箱上，它具有NI PXIe-8130集成主機控制器。FPGAs是特殊的可重配置的集成電路，因此它們可以達到由硬件實現的高性能， 同時在整個設計過程中可以實現很高程度的通用性。 這一點，連同它們固有的并行性，可以提供快速與確定性的執行過程，從而使它們在科學研究與工業生產中成為廣泛而有力的工具。NI FlexRIO模塊具有兩個主要優勢。首先，它允許通過LabVIEW FPGA 模塊快捷地為FPGA編程， 我們可以使用這種圖形化的設計語言來設計高層的FPGA電路，同時如果有必要，它也集成了常用的，底層的VHDL代碼。其次，FlexRIO模塊直接將FPGA引腳展現給用戶，能夠實現高度定制的I/O。因此，它允許定制的，高性能硬件的創建。在我們的應用中，我們開發了一套定制的時域數字轉換器，它能夠以一個納秒的分辨率對多個數字通路進行采樣，處理實時數據，運用反饋算法，并向用戶輸出重要的信息。
評論