Moku:Lab集成成示波器、頻譜分析儀、波形發(fā)生器、相位表、數(shù)據(jù)記錄器、鎖相放大器、PID控制器、頻率響應(yīng)分析儀、數(shù)字
濾波器、任意波形發(fā)?生器、FIR濾波器生成器和激光鎖頻/穩(wěn)頻十二個專業(yè)儀器于一臺設(shè)備。適?于信號采集、處理分析、控
制系統(tǒng)等應(yīng)?。僅需通過軟件操控多儀器間功能切換，硬件便可以快速重新配置并執(zhí)?的儀器功能。同時我們在不斷增強
當(dāng)前儀器功能，客戶無需增加成本即可獲得更多強大功能及豐富的用戶體驗。
可視化操作界面
iPad—Moku引以為豪的觸控操作界?，通過直觀統(tǒng)?的iPad界?實現(xiàn)?線配置和操控您的儀器。節(jié)省學(xué)習(xí)儀器操作時間，將
精力投入到實驗的理解及結(jié)果分析。
多種連接方案
Python, LabVIEW, MATLAB—PC端使?
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產(chǎn)品特點
節(jié)省?作臺空間、優(yōu)化實驗環(huán)境
可遠程控制，滿?嚴(yán)格實驗環(huán)境要求
?巧輕便、隨時隨地戶外?作
Moku:Lab應(yīng)用于任意二維圖像掃描
在任意圖像掃描應(yīng)用中，我們將闡述如何使用Moku:Lab任意波形發(fā)生器驅(qū)動Newport FSM-300快速控制反射鏡系統(tǒng)，實現(xiàn)激
光任意圖案的二維平面掃描。將以Liquid Instruments團隊Danielle M.R.Wuchenich等人于Opt. Express 2014年的論文所展示
的，有關(guān)重力回溯及氣候?qū)嶒炐l(wèi)星（GRACE）后續(xù)任務(wù)中，空間干涉儀光束的捕捉所需的掃描圖形為參考。以CSV文件的形
式將所需波形傳輸給Moku:Lab的任意波形發(fā)生器，并驅(qū)動反射鏡系統(tǒng)在投影熒幕上展示這個圖案。
Moku:Lab任意波形發(fā)生器模塊
Moku:Lab任意波形發(fā)生器可以儲存并使用65,536個數(shù)據(jù)點來構(gòu)建任意波形，并以125 MS/s的速度產(chǎn)生信號。Moku:Lab任意
波形發(fā)生器可以產(chǎn)生包括正弦，高斯，指數(shù)上升，下降，sinc，心電圖等預(yù)先設(shè)定的波形。波形可以通過csv文件導(dǎo)入，或者
通過高達32段的分段函數(shù)進行定義。在高速模式下，任意波形發(fā)生器也可以使用8,192個點，以1 GS/s的速度進行輸出，
輸出帶寬為300 MHz。在脈沖模式下，波形之間多可以有250,000個周期的死區(qū)時間，使得系統(tǒng)在固定的間隔區(qū)間下以任意
波形進行激發(fā)。在這個應(yīng)用中，使用Muko將數(shù)據(jù)導(dǎo)入csv文件中，并通過MATLAB計算波形。
掃描圖案
二維激光掃描在許多領(lǐng)域都是常見的需求，比如激光掃描顯微鏡，遠距離自由空間干涉儀以及激光雷達等。在2018年的重力
回溯及氣候?qū)嶒炐l(wèi)星（GRACE）后續(xù)任務(wù)中，NASA和DLR使用兩束激光，在離地球200 km的軌道上搭建了個空間激光
干涉儀。GRACE干涉儀可以測量宇宙飛船間小于微米級的的距離變化。在建立干涉儀時，激光需要通過五個維度的掃描來
捕獲目標(biāo)。類似的掃描在引力波試驗，同源自由空間激光通訊，以及量子密鑰分發(fā)時也會用到。
在任意圖像掃描應(yīng)用中，將講述如何使用Moku:Lab任意波形發(fā)生器產(chǎn)生復(fù)雜的二維掃描圖案。在第一部分中，將展示如何導(dǎo)
入波形，并使用示波器的X-Y模式檢測波形。在第二部分中，進一步使用快速控制反射鏡系統(tǒng)來演示實際掃描效果。
二維波形的產(chǎn)生
經(jīng)過分析Moku:Lab所采集的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生一個等間距螺線掃描圖案。當(dāng)進行二維圖像掃描的時候，數(shù)據(jù)點與點之間擁有相等的
密度，以及每個數(shù)據(jù)點擁有相等的滯留時間是至關(guān)重要的。
圖1 : 非等間距與等間距的螺旋掃描圖案
如果在二維掃描圖像中，使用隨時間線性增長的正弦函數(shù)，終得到的掃描圖案中點與點之間的間距會隨著振幅的增加而增
加。因為在這種情況下，無論半徑大小，每圈的采樣點數(shù)量相同。隨著半徑的增加，點與點之間的間距自然會增大（圖1）。
因此，我們需要一個隨著振幅增加，頻率相對
減小的函數(shù)。
通過MATLAB產(chǎn)生了這個等間距螺旋掃描所需的函數(shù)，并且將此函數(shù)的X-Y坐標(biāo)值儲存成csv文件，通過SD卡導(dǎo)入到Moku:lab
中并讀取數(shù)據(jù)文件，讀取后的效果可以在圖2中看到。
圖2：通過SD卡導(dǎo)入的等間距二位螺旋掃描所需的波形
圖3 : 將函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的波形連接到另一臺Moku:Lab的示波器中，并使用示波器的X-Y模式觀察
確認(rèn)信號
在產(chǎn)生波形后，我們將產(chǎn)生的雙通道信號連接到另一臺Moku:Lab的示波器中，并通過數(shù)字通道啟動X-Y模式，以確認(rèn)圖形的
成功產(chǎn)生。
實驗測試
光束掃描是建立遠距離自由空間激光關(guān)聯(lián)的步。在這一部分中，可以使用一個簡單的二維快速控制反射鏡系統(tǒng)來檢驗
Moku:Lab所產(chǎn)生波形的實際效果。
在任意二維圖像掃描中，使用Newport的FSM-300反射鏡系統(tǒng)。它可以通過兩個±10 V的模擬信號進行驅(qū)動，分別驅(qū)動X與Y
方向。因Moku的輸出電壓為±1 V，所以使用兩個電壓放大器放大輸出電壓。
圖4：Moku:Lab驅(qū)動快速控制反射鏡系統(tǒng)產(chǎn)生掃描圖形
如圖是放置在光學(xué)臺上任意二維圖像掃描所需的儀器，并將所產(chǎn)生的掃描圖案投射到5米以外的投影熒幕上（圖5）。
圖5：實驗設(shè)置
快速控制反射鏡系統(tǒng)的響應(yīng)帶寬大約是2kHz。當(dāng)掃描完成一個周期歸位時，會產(chǎn)生一個擁有較大高次諧波的直線歸零運動。
由于系統(tǒng)帶寬的限制，當(dāng)我們使用3KHz以上頻率掃描時，會產(chǎn)生嚴(yán)重的畸變現(xiàn)象。
在圖6中，我們使用單反相機長曝光模式，記錄了系統(tǒng)在1KHz的速度下掃描產(chǎn)生的圖案。
圖6：投影熒幕上所產(chǎn)生的掃描圖案
總結(jié)
任意波形掃描在在重力回溯及氣候?qū)嶒炐l(wèi)星所構(gòu)成的干涉儀中等項目中有著廣泛的應(yīng)用。在掃描捕獲的過程中，一個等密度
的掃描圖案是至關(guān)重要的。在這個應(yīng)用指南中，我們使用MATLAB產(chǎn)生了等密度掃描的波形，并使用Moku:Lab任意波形發(fā)生
器驅(qū)動了快速控制反射鏡，產(chǎn)生了等間距螺旋掃圖案，并投射到了投影屏上。從而展示了Moku:Lab在使用任意波形掃描的應(yīng)
用潛力。
應(yīng)用案列
? 太赫茲時域光譜、時域熱反射測量（TDTR)
? 氣體諧波測量實驗
? 激光器穩(wěn)頻/鎖頻實驗
? 原子物理實驗
? 飛秒脈沖受激拉曼損耗顯微成像
? 微弱信號測量
? 光聲粘彈性成像測量
? 光聲光譜測量
? 光電實驗信號的分析和測量
? 電子工程類實驗
? 邁克爾遜干涉實驗
? RC、RL電路實驗
? 對有用信號與噪聲信號分離的數(shù)字濾波器實驗
? 光速的測量
? 系統(tǒng)輸出信號的相位差測量以及幅值、頻率的同時測量
