冷原子、精密测量及量子信息相关解决方案（下）

五、射频/微波电子学设备

射频/微波是冷原子研究中不可或缺的手段，其涉及应用包括激光器调制（精细调谐）、原子微波能级操控、拍频与拍频测量、绝对频率参考等等。先锋科技提供MHz ~ GHz的微波源；包括MOGLabs公司具备多种灵活功能（AM/FM/PM调制以及双参数调制，TTL控制通断，PID伺服，表格化自动指令序列，AOM直驱功放等）的射频合成器，以及Stanford Research Systems公司GHz 射频源。

（1）ARF/XRF灵活型射频合成器 

MOGLabs ARF/XRF灵活射频合成器提供两个通道的灵活射频合成输出，并具备功率驱动能力。每个通道覆盖20~400MHz，功率可达+36dBm（4W）。两个通道可通过前面板旋钮设置频率和功率，也可通过电脑调节。提供双外置模拟输入提供最高10MHz带宽的FM/AM/PM调制，内置PID伺服反馈可用于激光噪声清除或频率锁定。
所有参数可通过以太网或USB2.0接口调节，包括触发/循环重放的FM/AM/PM数据。快速频率啁啾或复杂波形的定义精度达到0.23Hz，0.2mW，0.4mrad（0.02°），所需时间仅为16ns（XRF）。16路输入/输出信号可独立控制，与DDS序列同步。
ARF与XRF采用快速FPGA驱动两路AD9910 DDS核心，通讯由两路独立的微处理器执行。通过插补、重复、循环、斜升、外触发可实现难以置信的复杂FM、AM、PM序列
自动表格模式执行
ARF/XRF提供“表格模式”，可自动执行指令表格，构建按需求变化的波性。
ARF可以1μs的间隔刷新振幅、频率以及位相的设定，而XRF则包含一个“先进”表格模式，允许以16ns的时间间隔刷新一个参数。

高速双参数调制
ARF每通道提供双路模拟输入，用于振幅/ 频率/ 位相/ PID调制。
主参数的调制带宽可达10MHz（-3dB）。同步调制（例如AM + FM）的次参数的刷新率最高可达1MHz

PID强度稳定/噪声抑制
ARF具备内置PID控制器，可自动控制射频信号的振幅，稳定衍射光束的强度并抑制强度起伏。

快速TTL控制与脉冲发生
每通道都可通过外置TTL信号控制RF信号的通断，ARF具备内置PID控制器，可自动控制射频信号的振幅，稳定衍射光束的强度并抑制强度起伏。

16通道数字I/O
ARF内置的FPGA提供16通道的数字I/O界面用于连接其他设备。这些输出可通过表格指令实时控制，可用于要求紧密时间同步应用中复杂波形及触发信号产生。
左图的XSMA扩展板接口标准为SMA。

（2）四通道射频合成器

MOGLabs QRF四通道RF合成器提供弹性的计算机控制DDS产生，以及极为经济的单通道成本。QRF具备多种常规AOM驱动所需的功能，例如可调频率转移、模拟调制（AM/FM/PM/PID）、强度稳定、脉冲发生等。可选的内置功率放大器足以直接驱动大多数AOM。
四个通道固定地相位同步，简化了位相调制-解调实验（例如IQ测试）。每个通道具备一个独立的调制输入；硬件TTL开关允许快速、极低抖动的脉冲产生。
前面板提供集中式显示和控制；通过以太网或USB可控制仪器所有功能。提供完整的软件包，以及Python、MATLAB、Lab VIEW例程。
精密、宽范围频率控制
QRF可产生高达250MHz的输出，调节步距为0.12H在。自动执行指令表格，构建按需求变化的波性。
QRF所用之DDS在高频时增益有所衰减，右图显示功率-频率曲线。MOGLabs ARF

快速TTL控制以及脉冲发生

通过TTL信号可控制RF输出的开/关。右图红色曲线为触发信号，蓝色为射频输出。触发延时仅为40ns。

（3）AOM驱动器

采用MOGLabs AAD 可便利地驱动现代光学实验中常用的声光调制器（AOM）。
AAD定位于替代在实验室中广泛使用的分立射频部件，提供可达+36dBm（4W）输出，可直接驱动AOM；同时包括振幅控制、扫频功能以及TTL控制的脉冲输出功能。
每通道两路模拟500kHz带宽输入用于AM/FM调制，可用于激光噪声抑制或频率锁定；第三路模拟输入提供TTL控制通/断功能。
只需要+24V直流供电，AAD即可完成可调谐振荡器（VCO）+双平衡混合器 +RF开关 + 输出耦合器的所有功能。AAD420 是一台全集成台式双通道设备，而AADPCB单通道电路板则方便用户集成到自研仪器中。
特性
· 高功率：可达+36dBm / 通道
· 70 ~ 200MHz 频率范围
· 高调制带宽：500kHz（FM、AM）
· RF功率输出及监控输出（-22 dBc）
· TTL外触发快速通/断控制
· 十圈频率调节，单圈功率调节
· 低位相噪声高稳定性VCO

（4）射频合成器及AOM驱动器选型指南

（5）SG系列GHz射频发生器

六、激光附件

（1）法拉第隔离器

MFS/ MFD 系列单级/ 双级法拉第隔离器的杰出性能满足ECDL激光应用的苛刻需求，可用于单模光纤耦合、高精度光腔耦合等。高隔离度可确保激光反馈引起的频率不稳定性。
 

特性
·高隔离度：单级40dB（典型值43dB）、双级60dB（典型值67dB）
·大口径：5mm（保证4.7mm）
·高透光率：单级>85% （典型>92%）、双级>80%（典型值>90%）
·波长可调谐
·高功率（40W）
·提供反射光输出端口
技术参数

（2）MGSA频率参考

MGSA为紧凑型原子参考，用于稳定可调谐激光器频率。MGSA以碱金属（Rb、Cs、K）泡饱和吸收光谱提供绝对频率标准。内置扩束器可降低功率展宽，以使吸收谱线接近于自然线宽；激光可自由输入或光纤输入。MGSA提供与MOGLabs DLC 激光控制器的信号接口。共振赛曼线圈可用于交流锁定调制，无需调制激光器自身。

特性
·铷，铯，钾泡
·自由光或光纤输入
·内置光电管光电管带低噪声放大器，单端或差分耦合
·用于交流锁定的赛曼调制
·MOGLabs DLC控制器直连
典型应用示例

（3）碱金属泡以及赛曼线圈 

MOGLabs库存部分常用气体泡，尤其是Rb，Cs，K，用于激光器稳频的频标。共振调谐的线圈可用于赛曼调制，实现免展宽的AC（峰顶）锁定。

特性
·铷，铯，钾，碘
·共振调谐线圈
·可直接由MOGLabs DLC驱动
 

（4）光电探测器

MOGLabs PDA030为带放大器的硅光电探测器，专为极低噪声需求的应用（例如Pound-Drever-Hall光学腔锁定）而开发。PDA030于一个便利的机械封装中提供高带宽，高量子效率，低噪声的光电探测模块，并提供工业标准接口。
50Ω阻抗的信号通过BNC接口提供，与地隔离，以消除光学平台的接地回路干扰。供电可通过Thorlabs M8兼容的接口，也可通过MOGLabs FSC 快速伺服控制器直接供电。光学转接管、滤光片、透镜可以很便利的通过入口处的SM1标准螺纹拧入。

特性
·实测带宽>30MHz
·内置7.5kV/A跨阻放大器
·低噪声，NEP 7.5×10^-15W/√Hz
·宽光谱范围300~1060nm
·64%高量子效率（@900nm）
·绝缘BNC接口
·标准M8供电接口，±7V~±15V
·光学窗口带SM1（1.035”-40）标准内螺纹
·M4/ 8-32 螺孔用于固定

（5）平衡光电探测器

MOGLabs DLC内置的光电探测器亦可单独提供，即PDD平衡差分光电探测器。标准配置提供一对平衡的Si-PIN光电管，720kHz带宽及非常低的噪声。
标配光电管带滤光片，透过范围为750nm - 1100nm，对实验室环境光不敏感，较小的接收角（±10°）进一步抑制了背景噪声。
对于可见光范围的激光，可提供扩展至400nm响应的光电管；还可选择±20°以及±75°的接收角配置。
针对做Yb⁺的用户，350-1120nm响应的新型光电管可在369.5nm提供8倍提升的效率，敬请垂询。

特性
·实测带宽>720kHz
·多种透过窗口可选
·小接收角，抑制环境噪声；大接收角可选
·宽光谱范围300~1060nm
·M4/ 8-32 安装螺孔

七、高稳定、高重频飞秒激光器

瑞士Menhir Photonics生产的飞秒激光器采用孤子锁模，提供高重频、高可靠、高稳定、极低位相噪声的飞秒光源。工业级的坚固设计实现飞秒激光器免维护、自启动、7×24运行。
在飞秒光频梳的构建中，重频稳定性（位相噪声）直接决定了频率锁定的难易程度、锁频反馈控制的带宽需求以及锁定后的稳定性和信噪比。Menhir系列激光器接近量子极限的自由运转噪声是其成为一台优秀光频梳的先天禀赋。
MENHIR最高可提供2.5GHz重频。光频梳的梳齿间距等于激光器的纵模间隔，或锁模激光的重复频率。高重频锁模激光具备较高的梳齿间距，使得梳齿定序更为容易（仅需GHz测量进度即可确定齿序）；同时，稀疏的梳齿使得每个梳齿上集中的能量更高，所获得的拍频信号信噪比大幅度提升。
MENHIR具备紧凑的体积、无控制器、无主动散热的设计，非常容易集成至用户的整机中，为光频梳商品化、便携化提供实现可能。
 

技术指标
 

八、激光波长与光频谱测试

“谐振”是激光与原子相互作用的重要条件，也是原子冷却与囚禁、原子能级操控、原子钟等应用的理论基础。激光的波长、线宽以及它们的调节和变化是冷原子相关应用中最重要的激光参数。在一个实验架构中，不同的部位或步骤需要对激光的波长、线宽、频谱进行不同精度级别的测试测量。先锋科技提供基于光栅光谱仪、菲索干涉仪、迈克尔逊干涉仪、受激布里渊散射原理的系列波长计、光频谱仪，覆盖10MHz ~ GHz 波长测试精度。

（1）FZW600 Fizeau激光波长计

MOGLabs FZW600激光波长计基于菲索干涉仪，提供400~1100nm测量范围，无需校准。测量、计算、显示都位于主机内，无需上位机即可独立运行。FZW紧凑而轻巧，通过USB或常用充电器供电，使用非常灵活；您只需开机即可知道您激光器的波长。模拟输出端口可用于波长监控，也可输出内置PID模块的信号用于激光器稳频。
FZW600支持以太网和USB界面指令及查询；可通过文本指令、Lab VIEW、MATLAB、phthon等集成进实验控制系统；自带全功能软件支持长程测试、无跳模调谐范围测试等多种实用模式。仪器发生长期漂移后，可通过一键校准。
时间序列测试的取样率高达500次/秒，可通过显示面板或电脑展示波长变化曲线。
FZW4/ FZW8为独特的4路/8路光纤交换机，分别具备4/8路光纤输入切换功能。每个通道均提供模拟输出，内置PID功能。FZW4/FZW8可独立运行，也可通过软件控制，实现自动化运行。

特性
·400 ~ 1000nm 无需校准
·600MHz绝对精度（3σ）；典型测量精度<200MHz
·全功能一体式设计，可独立运行
·USB或充电器供电
·以太网及USB接口
·固态熔石英Etalon
·500次/秒采样率
·内置PID反馈输出
·可选4路/8路交换机，每一路均具备PID模拟输出

（2）MWM高精度紧凑型光谱仪

Picometre, picowatt, picoprice!
MOGLabs MWM是一款专为激光测试提供的微型光谱仪，在紧凑尺寸及低廉成本框架内提供皮米精度、皮瓦灵敏度、波长直接显示以及电脑通讯界面。MWM可分辨激光纵模，特别适合快速判断ECDL的模式状态，为原子冷却及囚禁领域的趁手工具。

示例：ECDL双纵模识别

（3）高精度激光波长计、激光频谱仪

延续多年在光通讯及精密激光测量领域的经验，Bristol提供系列基于迈克尔逊干涉仪与菲索干涉仪的激光波长计、激光频谱仪。多个系列型号覆盖375nm - 12μm的激光波长测量与频谱分析，内置校准技术确保长时间拥有而无需定期校准。可测量连续/脉冲激光器
 

（4）受激布里渊散射高分辨激光频谱仪

较强激光在光线内传播时发生的受激布里渊散射（Stilumated Brillouin Scattering, SBS）现象构成10MHz带宽的滤波器；利用这个原理，西班牙ARAGON PHOTONICS公司研发了BOSA系列超高分辨率激光频谱仪，提供通讯波段（C、L、O）10MHz分辨率的频谱测量。同时，SBS本身的窄线宽、陡峭线形、相干性、偏振相关的特征以及阈值特性，使得BOSA具备优越的伪讯抑制能力，并可扩展至位相、偏振测试，成为一台超高分辨的复频谱分析仪。
 

 
光频梳/纵模测试
10MHz频谱分辨率使得BOSA能够分辨间距极窄的光频梳以及日常腔长的激光器。软件自动识别梳齿/ 纵模频率并以数值显示或导出。

（5）波长计/频谱仪选型指南