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UNIVERSIT À DEGLI STUDI DI PAVIA. Studio di un sistema elettromeccanico ad aggancio di fase per un laser in mode-locking. Relatore: prof. Carla Vacchi Correlatore: ing. Daniele Scarpa. Sosio Marco. OBBIETTIVO DELLO STUDIO. - PowerPoint PPT Presentation
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Studio di un sistema elettromeccanico ad aggancio di fase per un laser in mode-locking
Relatore: prof. Carla Vacchi
Correlatore: ing. Daniele Scarpa Sosio Marco
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIA
OBBIETTIVO DELLO STUDIO
• Analizzare la possibilità di realizzare un aggancio fra la forma d’onda di un laser impulsato e un riferimento RF
• Analizzare le modalità di realizzazione dell’aggancio
Modellizzazione Spice
PLL PRINCIPIO
Permette di generare la corrispondenza in frequenza e fase
fra una forma d’onda di riferimento e una forma d’onda
generata all’interno del sistema.
Si può caratterizzare come un filtro passa banda sulla
portante del riferimento
PLL SCHEMA A BLOCCHI
RIFERIMENTO
Demodulatore di fase
IiIi tsenVV
OUToutOUTout tVV cos
coout VK
outiDFouteDFoutd VVV __
duutfuVVVt
dcc 0
0
VCO
FILTRO D’ANELLO f(t)DF
PLL ANALISI LINEARE
nel dominio di Laplace:
da cui:
tdt
tdout
out
ss out
out
)(
•
•
•
s
sFKKsGloop do
1
sFKKs
sFKK
do
do
i
out
sFKKs
s
doi
e
PLL CAMPO DI CATTURA
Assumendo:s
AsF
1)( 0
o
aggancioc K
V
)2( agganciodc jFVV {
odaggancio KAV
10si ottiene:
SISTEMA ELETTROMECCANICO
SORGENTE RF MIXER
PIEZOELETTRICO
CONTROLLORE DEL PIEZOELETTRICO
VCO
CAVITA’ LASER
FILTRO D’ANELLO
CAVITÀ LASER SCHEMA DI MODULAZIONE
fc
Ltime
12
f
f
L
L
L f
f - ΔfL + ΔL
SISTEMA ELETTROMECCANICO
SORGENTE RF MIXER
PIEZOELETTRICO
CONTROLLORE DEL PIEZOELETTRICO
VCO
CAVITA’ LASER
FILTRO D’ANELLO
CAVITÀ LASER SCHEMA
• Cavità laser
Fascio laser in uscita
Specchio ad alta riflettività
Mezzo attivo drogato neodimio
Specchio convergente
Assorbitore saturabile
CAVITÀ LASER
SISTEMA ELETTROMECCANICO STRUMENTI UTILIZZATI
• Sorgente RF
E4438C Agilent
• Mixer
IRM0208LC2A Miteq
Uscite I e Q
SISTEMA ELETTROMECCANICO STRUMENTI UTILIZZATI
• Controllore del piezoelettrico
MDT694A Thorlabs
• Piezoelettrico
NF2AP50 Thorlabs
SISTEMA ELETTROMECCANICO MISURA SUL CONTROLLORE
Risposta in frequenza del controllore del piezoelettrico:
1
150021
1
s
sG
1. Polo dominante:
2. Slew rate
SISTEMA ELETTROMECCANICO
FILTRO D’ANELLO
FOTODIODO
IPOTESI DI AGGANCIO IDEALE
• Guadagno d’anello e stabilità
SORGENTE RF
CAVITA’ LASER
mixer FILTRO D’ANELLO
PIEZO ELETTRICO
CONTROLLORE DEL PIEZOELETTRICO
VCO
out'out
IPOTESI DI AGGANCIO IDEALE
115002
11
)(1
)( 0_
s
AsRKs
VsGloop omixerout
CONTROLLORE DEL PIEZO
FILTRO D’ANELLO
GUADAGNO DEL VCO
AMPIEZZA DELLA TENSIONE IN USCITA AL MIXER
INTEGRATORE
CONDIZIONI REALI PROTOTIPO SORGENTE LASER
Oscillatore ottico: segnale impulsato a 4.7 GHz
modulazione FM spuria:
A_FM = 20 kHz
f_FM = 100 Hz
IPOTESI DI AGGANCIO
• Relazione fondamentale FM
o
mixerout K
FMAFMfjFV
__2_
SIMULINK SUPPORTO DI SIMULAZIONE
SIMULINK CAMPO DI CATTURA
)2(_ agganciomixerouto
aggancio jFVK
kHzaggancio 86
Simulazione in assenza di FM
SIMULINK FM
In presenza di FM
105.02000
1162800
102
1
162800041
1
162800061
1
7500
50002 2
2
2
2
e
eAmpiezza
f_FM = 10 kHz
A_FM = 5 kHz
o
mixerout K
FMAFMfjFV
__2_
7500
20020005.0
SIMULINK TRANSITORIO DI AGGANCIO
Tensione
Tempo
SOLUZIONI CIRCUITALI STUDIO
FILTRO D’ANELLO
SOLUZIONI CIRCUITALI STUDIO
mVVkHz
kHzAV omixerout 67.26
750
20_
Condizione vincolante:
Necessità di assicurare la stabilità d’anello:
115002
11
)()03(75021
)03(30)(
s
sRes
esGloop
SOLUZIONI CIRCUITALI REALIZZAZIONE
Guadagno d’anello:
1034802
1
148252
1
41
15002
11
0375021
)03(30)(
s
e
s
se
sesGloop
SOLUZIONI CIRCUITALI REALIZZAZIONE
Schema elettrico della rete realizzata su basetta:
1034802
1
1482521
)(
se
ssR
SOLUZIONI CIRCUITALI SPERIMENTAZIONE
• L’introduzione pratica non conduce ai risultati desiderati
• Le forme d’onda si sovrappongono per istanti non periodici
• Il movimento del carrello del piezo si accompagna a un forte disturbo sonoro
• Aumentare il guadagno d’anello peggiora il funzionamento della cavità laser
SIMULAZIONE SITUAZIONE SPERIMENTALE
Tentativo di ricostruire in simulazione la forma d’onda ottenuta durante le prove pratiche di aggancio
A_FM=180 kHz
f_FM=20 kHz
Eliminando la periodicità con una variazione casuale
CONCLUSIONE RISULTATI SPERIMENTALI
1.L’anello realizzato non presenta le potenzialità per inseguire la FM presente sulla cavità.
2.Il carrello piezoelettrico non risponde bene a un guadagno eccessivo.
CONCLUSIONE PROPOSTA DI SPECIFICHE
Ponendo i limiti di guadagno:
omixerout K
FMAV
__
A_FM 2 kHz (20 kHz)
f_FM < 1 kHz