Closed-loop Laser Stabilization System

• Autorzy: Plewinski P. , Makowski D. , Mielczarek A. , Napieralski A.

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2016.12.3

Warianty tytułu

PL

System stabilizacji lasera z wykorzystaniem pętli sprzężenia zwrotnego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

European XFEL project developed in Hamburg by Deutsches Elektronen-Synchrotron contains a linear accelerator capable of generating light pulses at extremely short wavelengths, which will enable observing short lasting phenomena at atomic scale. Mode-locked lasers are commonly used in such facilities. Laser diode driver (LDD) is a significant element in the beam monitoring system, which will be used in the XFEL laser. Its role is to provide constant current source, linear, noiseless, and accurate, that delivers exactly the current to the laser diode that it needs to operate for a particular application. To ensure stable power output to the laser diode, PI controller was implemented. The code of the PI routine was optimized to enable higher frequency of its execution, which should improve the regulation parameters. This paper presents the microprocessor-based laser diode driver that can be used for a free electron laser system. It focuses on the firmware based on a real-time operating system (RTOS) developed to provide good stability of PI regulation combined with high flexibility in terms of system control.

PL

European XFEL to projekt lasera z akceleratorem liniowym budowany w Hamburgu przez Deutsches Elektronen-Synchrotron. Jest zdolny do generowania impulsów światła o ekstremalnie krótkich częstotliwościach. Dzięki temu umożliwi obserwację krótkotrwałych zjawisk w skali atomowej. Lasery synchronizowane fazowo są powszechnie wykorzystywane w tego typu systemach. Sterownik Diody Laserowej (LDD) jest istotnym elementem systemu monitorowania wiązki laserowej, który zostanie użyty w laserze XFEL. Jest to liniowe źródło prądowe o stałym natężeniu i niskim poziomie szumów, którego zadaniem jest dostarczanie zadanego napięcia odpowiedniego do potrzeb konkretnego zastosowania. Kontroler PI został wykorzystany, aby zapewnić dostarczanie stałej mocy do diody laserowej. Kod kontrolera został zoptymalizowany tak, aby uzyskać wyższą częstość jego wykonania, co powinno mieć pozytywny wpływ na jakość regulacji. Artykuł przedstawia sterownik diody laserowej oparty na mikroprocesorze, który może być użyty w laserach na swobodnych elektronach. Opisane jest w szczególności oprogramowanie oparte o system czasu rzeczywistego, zaprojektowany tak, aby zapewnić wysoką stabilność regulacji kontrolerem PI oraz dużą elastyczność w zakresie sterowania.

Słowa kluczowe

EN

laser stabilization; real-time operating system; closed-loop; European XFEL

PL

stabilizacja laserów; system operacyjny czasu rzeczywistego; pętla sprzężenia zwrotnego; European XFEL

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 57, nr 12
• Strony: 22--26
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., il.

Twórcy

autor

Plewinski P.

• Technical University of Lodz, Department of Microelectronics and Computer Science

autor

Makowski D.

• Technical University of Lodz, Department of Microelectronics and Computer Science

autor

Mielczarek A.

• Technical University of Lodz, Department of Microelectronics and Computer Science

autor

Napieralski A.

• Technical University of Lodz, Department of Microelectronics and Computer Science

Bibliografia

• [1] S. Choroba, 2002, “Design and status of the XFEL RF system,” 2007 IEEE Particle Accelerator Conference (PAC), Albuquerque, NM, 2007, pp. 841–845.
• [2] Richard W. Fox, Chris W. Oates, Leo W. Hollberg, “Experimental Methods In The Physical Sciences”, Elsevier Science Vol. 40, pp. 1–10.
• [3] Axel Winter, 2008, “Fiber Laser Master Oscillators for Optical Synchronization Systems”, Hamburg, pp. 30–40.
• [4] Paweł Plewiński, 2016 “Microprocessor-based Closedloop Laser Stabilization System”, Łódź.
• [5] Wavelength Electronics, 2016 “Laser Diode Drivers”, http://www.teamwavelength.com, accessed 20.05.
• [6] Freescale Semiconductor, 2013 “Data Sheet: Technical Data, K60 Sub-Family”, Rev. 3.
• [7] Freescale Semiconductor, 2015 “Freescale MQX™ RTOS User’s Guide”, Rev. 14.
• [8] Information Sciences Institute, 1981 “Transmission Control Protocol, Protocol Specification”, California.
• [9] CAN in Automation , “CAN Specification 2.0”. [Online] Available: http://www.can-cia.org/fileadmin/cia/specifications/CAN20A.pdf
• [10] Freescale Semiconductor, “Robust Over-the-Air Firmware Updates Using Program Flash Memory Swap on Kinetis Microcontrollers”, Rev. 0, 2012.
• [11] Saleae, 2015 “Saleae Logic Pro 8 USB Logic Analyzer”.
• [12] Marjamäki, Daniel. 2013 “Cppcheck: a tool for static C/C++ code analysis”.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).