使用LabVIEW 與 NI FlexRIO實(shí)現單原子反饋控制
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"使用NI FlexRIO，我們定制了自己的高性能硬件設備?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/LabVIEW">LabVIEW FPGA，我們能夠快速開(kāi)發(fā)FPGA代碼，因為它具有很高程度的概括性，同時(shí)適當地集成了VHDL IP"
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/121896.htm– Christian Sames, Max-Planck Institute of Quantum Optics
The Challenge:
開(kāi)發(fā)一種定制的時(shí)域數字轉換器來(lái)研究光與物質(zhì)相互作用的基本量子性質(zhì)。
The Solution:
使用NI公司的 FlexRIO 與 LabVIEW FPGA模塊來(lái)創(chuàng )建強大的，多功能的定制儀器，從而使我們可以用硬件實(shí)現時(shí)間嚴格任務(wù)的實(shí)時(shí)處理。這樣可以實(shí)現對極小系統的反饋控制，甚至于單個(gè)原子與單個(gè)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(zhì)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(dòng)態(tài)系統最強有力的技術(shù)之一。我們實(shí)驗室研究的系統含有一個(gè)單獨的，與單個(gè)光子相互作用的中性孤立原子——量子化電磁場(chǎng)的本征激發(fā)——被高反射性的腔式鏡面所環(huán)繞(如圖 1和 2)。使用這套系統，我們可以研究光與物質(zhì)相互作用的基本量子性質(zhì)，要實(shí)現這一點(diǎn)必須將原子限制在腔鏡的中央。然而，固有的加熱過(guò)程更傾向于將原子推向其它位置。我們的目標是通過(guò)快速的電子反饋技術(shù)來(lái)抑制這種運動(dòng)，使用回復力抵消這種逃逸運動(dòng)。其基本原理如圖3所示。運動(dòng)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(gè)光子探測決策過(guò)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(zhì)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(xué)模塊。
圖2. 用于單個(gè)原子和光子實(shí)驗的光學(xué)諧振腔（紅色）
圖3. a）一個(gè)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(dòng)，勢能降低，反之亦然，從而引起原子失去動(dòng)能。
解決這一棘手任務(wù)的關(guān)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(guò)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(shí)現的高性能， 同時(shí)在整個(gè)設計過(guò)程中可以實(shí)現很高程度的通用性。 這一點(diǎn)，連同它們固有的并行性，可以提供快速與確定性的執行過(guò)程，從而使它們在科學(xué)研究與工業(yè)生產(chǎn)中成為廣泛而有力的工具。NI FlexRIO模塊具有兩個(gè)主要優(yōu)勢。首先，它允許通過(guò)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(yǔ)言來(lái)設計高層的FPGA電路，同時(shí)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(hù)，能夠實(shí)現高度定制的I/O。因此，它允許定制的，高性能硬件的創(chuàng )建。在我們的應用中，我們開(kāi)發(fā)了一套定制的時(shí)域數字轉換器，它能夠以一個(gè)納秒的分辨率對多個(gè)數字通路進(jìn)行采樣，處理實(shí)時(shí)數據，運用反饋算法，并向用戶(hù)輸出重要的信息。
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