134 lines
9.9 KiB
Markdown
134 lines
9.9 KiB
Markdown
## модулирование лазерного излучения
|
||
### Варьирование тока лазера
|
||
Может ли лазер включаться-выключаться с частотой 1 МГц?
|
||
Как проверить:
|
||
#### Создать меандр с частотой 1 МГц через ЦАП управления током лазера
|
||
|
||
PF3, PF4 -- в режиме input, pull-up. Названия INP_0, INP_1 соответственно. Планируется использовать для конфигурации при помощи джамперов (замыкать на GND).
|
||
PE0, PE1 -- в режиме UART8, TX и RX соответственно.
|
||
TIM8 -- тактируется от APB2 (92 МГц), генерирует update_interrupt каждые 1 мкс. В обработчике -- при помощи Set_LTEC -- включать-выключать лазер. Состояние лазера -- дублировать на выходы OUT10, OUT11 (лазеры 1 и 2 соответственно).
|
||
Ток лазера задается только в прерывании TIM8. Стандартная процедура установки тока редуцируется до передачи нового тока блинкеру (TIM10_up_irq).
|
||
|
||
Сначала работаем только с лазером 2, в режиме TASK_ENABLE.
|
||
|
||
Сделано:
|
||
TIM8 генерит прерывания, в прерываниях вызывается Set_LTEC (stm32f7xx_it.c:323, 328).
|
||
Однако, установка тока лазера в прерывании работает только если примерно в этот же момент происходит установка тока в основном цикле (main.c:466). Иначе на MOSI не сигнала, на SCK нет тактирования, на CS нет.
|
||
|
||
Голубой -- напряжение питания лазера. Так как ток меняется медленно, изменений между отдельными шагами изменения тока нет.
|
||
Желтый -- MOSI
|
||
Синий -- прерывания. Set_LTEC должен отрабатывать на каждом фронте (и рост и спад)
|
||
Фиолетовый -- синхронизация.
|
||
![[RigolDS0.png]]
|
||
|
||
|
||
То же, но:
|
||
- Желтый канал не подключен
|
||
- Синий -- уровень меняется при вызове Set_LTEC (изменение состояния пина в начале функции)
|
||
![[RigolDS1.png]]
|
||
Проблема была в приведении типов из task.task_type в первый аргумент Set_LTEC.
|
||
|
||
Синий -- OUT_11
|
||
Голубой -- напряжение на лазере 2.
|
||
![[RigolDS2.png]]
|
||
|
||
|
||
#### Подать меандр на вход ОУ управления током в обход ЦАП
|
||
Можно подать сигнал от 0 до 2.5 В на вход DA14A или DA27A. Наиболее удобно -- на дальние от ЦАП стороны резисторов R60 или R102 соответственно (сопротивление 7.5 кОм). Подавать относительно GNDA.
|
||
### интерферометр Маха-Цандера
|
||
Даташит на модулятор: [[Mach-Zehnder modulator.pdf]]
|
||
Фото модулатора: [[Pasted image 20250211154358.png]]
|
||
#### Управление модулятором
|
||
Выходной сигнал минимален, когда на RF вход (ближе к IN) подается постоянка 4 В, на DC (ближе к OUT) -- 5 В. Или -2 В на RF и -5 на DC.
|
||
График зависимости выходной мощности от напряжения (постоянное)
|
||
![[Mach-Zander_voltage_plot.html]]
|
||
|
||
|
||
На выходе только одна гармоника:
|
||
|
||
Мощность гармоник взависимости от входов. Частота RF -- 1 MHz.
|
||
|
||
| RF offset, V | RF Vpp, V | DC offset, V | main harmonic, dB | other harmonics, dB | diff, dB |
|
||
| ------------ | --------- | ------------ | ----------------- | ------------------- | -------- |
|
||
| 0 | 0.2 | -2 | -58 | -100 | -42 |
|
||
| 0 | 0.2 | -3.3 | -60 | -100 | -40 |
|
||
| 0 | 1 | 2 | -44 | -80 | -36 |
|
||
| 0 | 1 | 3.3 | -45 | -80 | -35 |
|
||
| 2 | 0.2 | 0 | -66 | -100 | -34 |
|
||
| 3.3 | 0.2 | 0 | -64 | -95 | -31 |
|
||
| 0 | 1 | -1 | -47 | -78 | -31 |
|
||
| 0 | 3.3 | -3.3 | -33 | -64 | -31 |
|
||
| 0 | 0.2 | 2 | -60 | -90 | -30 |
|
||
| 0 | 1 | 1 | -49 | -77 | -28 |
|
||
| 0 | 1 | -3.3 | -50 | -77 | -27 |
|
||
| 0 | 0.2 | 0 | -72 | -90 | -18 |
|
||
| 0 | 3.3 | 3.3 | -41 | -55 | -14 |
|
||
| 0 | 1 | 0 | -65 | -77 | -12 |
|
||
| 0 | 3.3 | 0 | -57 | -55 | 2 |
|
||
| | | | | | |
|
||
Оптимальные параметры для генератора:
|
||
- Модуляция: синус 1 МГц. Симметрично относительно 0.
|
||
- DC offset = 3.3 V
|
||
- Нужно ли фиксировать фазу синуса относительно варьирования тока? -- да
|
||
|
||
| RF offset, V | RF Vpp, V | DC offset, V | main harmonic, dB | other harmonics, dB | diff, dB |
|
||
| ------------ | --------- | ------------ | ----------------- | ------------------- | -------- |
|
||
| 0 | 1 | 3.3 | -45 | -80 | -35 |
|
||
##### Реализация:
|
||
MCU через PWM создает меандр с частотой 1 МГц. Затем высшие гармоники отфильтровываются, синус усиливается, приводится к амплитуде (Vpp) 1 V, подается на RF вход модулятора.
|
||
На DC вход подается постоянное напряжение 3.3 В.
|
||
###### Драйвер модулятора
|
||
Вход -- меандр.
|
||
###### Фильтр
|
||
проблема: RC фильтр пропускает основную частоту 1 МГц, подавляет следующие 10 гармоник, но пропускает частоты 20 МГц и выше
|
||
|
||
|
||
|
||
|
||
| Фильтр | Результат фильтрования |
|
||
| ------------------------------------ | ---------------------- |
|
||
| ![[Pasted image 20250307134129.png]] | ![[RigolDS0 1.png]] |
|
||
| ![[Pasted image 20250307134310.png]] | ![[RigolDS1 1.png]] |
|
||
| ![[Pasted image 20250307134944.png]] | ![[RigolDS2 1.png]] |
|
||
| ![[Pasted image 20250307135311.png]] | ![[RigolDS3.png]] |
|
||
| ![[Pasted image 20250307135353.png]] | ![[RigolDS5.png]] |
|
||
| ![[Pasted image 20250307135409.png]] | ![[RigolDS4.png]] |
|
||
Наилучший вариант:
|
||
- ![[Pasted image 20250307134944.png]]
|
||
- ![[RigolDS9.png]]
|
||
- ![[RigolDS8.png]]
|
||
- ![[RigolDS7.png]]
|
||
- ![[RigolDS6.png]]
|
||
|
||
|
||
|
||
С двумя RLC цепями и частичной корректировкой:
|
||
![[Pasted image 20250307170056.png]]
|
||
|
||
Голубой -- входной сигнал, меандр 1 МГц, амплитуда 3.3 В.
|
||
Желый -- выходной сигнал.
|
||
Синий -- спектр выходного сигнала.
|
||
![[RigolDS0.bmp]]
|
||
|
||
![[RigolDS25.png]]
|
||
![[RigolDS26.png]]
|
||
Видно, что высшие гармоники подавить не удалось. Большая проблема -- проникновение ВЧ компонент меандра в цепь 1.5 В, они создают основную долю помех.
|
||
|
||
##### Выходной сигнал
|
||
|
||
|
||
|
||
|
||
|
||
|
||
|
||
## драйвер интерферометра Маха-Цандера
|
||
Исходная схема 2 версии:
|
||
![[Pasted image 20250425151638.png]]
|
||
ОУ радиочастотной части -- TPH2501 ([[TPH2501_GBW_120M.pdf]]).
|
||
|
||
|
||
В данной схеме возникли проблемы с трансформатором и питающем его ОУ. Не удалось добиться нормальной работы: несмотря на правильные соотношения индуктивностей обмоток, трансформатор работал или на понижение, или сильно портил входной сигнал, просаживая его амплитуду. В итоге был поставлен повышающий DC-DC преобразователь на MT6308 c с модифицированной катушкой индуктивности (добавлена вторая обмотка, выводы который подключены на подсхему с негативным напряжением), питающий подсхему с положительным напряжением (20В). Также из модуля был удален выходной сглаживающий конденсатор: из-за малости нагрузки модуль работал в пульсирующем режиме, что приводило к большой пульсации выходного напряжения.![[photo_2025-04-25_15-40-33.jpg]]
|
||
|
||
![[photo_2025-04-25_15-40-35.jpg]]
|