LNI Laboratorij za senzorje in napredno instrumentacijo

Projekt Opto-elektronski oscilator (OEO)

Vodja projekta: doc. dr. Boštjan Batagelj

Sodelujoči raziskovalci: prof. dr. Matjaž Vidmar, Luka Bogataj

 

Opto‐elektronski oscilator je poseben tip mikrovalovnega oscilatorja, ki izkorišča prednosti optičnega vlakna za doseganje visoke kvalitete resonatorja. V preteklem letu so bili opravljeni preizkusi generatorja z vlakensko kasnilno linijo na FE-LSO in v LNI. LNI ima izdelano ohišje frekvenčnega sita, ki omogoča dobro stabilizacijo temperature (večja toplotna vztrajnost) in ima posledično stabilnejšo fazo v resonančni točki. LNI ima tudi fotodiodni modul, ki je temperaturno stabiliziran.

FE-LSO ima laserske izvore na telekomunikacijskih valovnih dolžinah in standardna optična vlakna različnih dolžin, ki se lahko uporabljajo kot kasnilne linije.

V projektu se bo nadaljevalo preizkušanje oscilatorja z vlakensko kasnilno linijo z obstoječimi in novimi gradniki. Predstavljene bodo prednosti ter principi delovanja nekaterih novih metod za izboljšanje delovanja takega opto-elektronskega oscilatorja. Namen projekta je poglobljeno poučiti radiofrekvenčne pojave, ki se dogajajo v OEO. Poskušali se bodo prevzeti postopki množenja, ki so v elektronskih oscilatorjih neuporabni, ker se z množenjem pri elektronskem oscilatorju dviguje moč šuma. Proučili in realizirali se bodo razni postopki za zmanjševanje šuma, ki so posledica optičnih pojavov. Pričakuje se, da bo sodelovanje na skupnem projektu obrodilo nove izpopolnjene prototipe, katerih rezultati se bodo lahko publicirali na konferencah in v revijah.

Zaključeni projekti

Timing sistemi na tehnologijo optike

Glavni cilj projekta je bil razviti in preučiti tehnične možnosti za razvoj opreme za prenos natančnega signala časovne in frekvenčne reference za sinhronizacijo različnih fizikalnih poskusov in meritev. Taki sistemi so potrebni  pri geografsko razpršenih poskusih. Sodobna tehnologija daje prednost prenosu tovrstnih signalov z uporabo optičnih vlaken. Steklena optična vlakna imajo sicer veliko odličnih fizikalnih lastnosti, a tudi nekaj slabosti. Najopaznejša pomanjkljivost je na primer raztezanje optičnega vlakna zaradi termičnih vplivov, kar občutno spremeni čas razširjanja signala v vlaknu. Zunanji vplivi na elektronska vezja, ki pretvarjajo električni signal v optičnega in obratno, znižujejo kvaliteto referenčnega signala, ki ga prenašamo. Negativne učinke moramo upoštevati pri razvoju naprav za prenos referenčnih signalov in jih je treba nadomestiti oziroma v celoti odpraviti. Dodaten cilj projekta je integracija opreme, razvite s pomočjo zahtev uporabnikov, še zlasti inovativnih senzorjev ter ustrezne elektronike in optike. Za delo v tem projektu je bila potrebna zahtevna oprema za opazovanje signalov (spektralni analizatorji, analizator signalnega vira, hitri vzorčevalni osciloskop), kakor tudi oprema za varjenje in meritev optičnih sestavov (merilnik optične moči, spektralni optični analizator, merilnik polarizacijske disperzije). Nekaj opreme je v lasti COBIK, preostalo opremo pa so prispevali ustanovitelji. Ne nazadnje, laboratorij ima na voljo znanje in opremo za razvoj povsem novih elektronskih, mikrovalovnih in elektro-optičnih sistemov.

 

Usmeritev Aktivnost
Izboljšave na obstoječem prototipu za prenos takta Razvoj sistem za prenos takta po enem vlaknu
  Nadgradnja sistema s kolutom za kompenzacijo počasnih temperaturnih sprememb.
  Preizkus optičnega oddajnika z neposredno modulacijo laserja
Preizkušanje novih konceptov prenosa takta Prehod na višje frekvence
  Kompenzacija optične poti za prenos poljubnega optičnega signala
  Preizkus verige večtočkovnih odjemnih sinhronizacijskih mest
  Hitra kompenzacija sprememb na optični poti
(Dodana aktivnosti, vložen patentni zahtevek)
  Visoko-stabilen fazni detektor
(Dodana aktivnost- izdelan prototip)
  Navijalnik optičnega vlakna za zahtevne optične sestave 
(Dodana aktivnost –prijavljena inovacija)
Nizkošumni 3 GHz generator z visoko dolgotrajno stabilnostjo Znižanje faznega šuma blizu nosilne frekvence
  Preučitev  delovanja in lastnosti višje (5., 7.) overtonskih oscilatorjev
  Znižanje počasnega lezenja oscilatorja
  Preizkus nizkošumnega oscilatorja z vlakensko kasnilno linijo (dodana aktivnost)

 

Slika 1: Prototip izboljšanega nizko-šumnega oscilatorja

 

Slika 2: Prototip preizkusa delovanja hitre kompenzacije spremembe dolžine optične poti

 

Slika 3: Prototip visoko stabilnega faznega detektorja

 

Distribuirani procesni sistemi

Glavni cilj raziskovalnih dejavnosti je bilo boljše razumevanje gradnikov arhitekture porazdeljenih nadzornih sistemov. Primerjava z arhitekturo ne-porazdeljenih sistemov razkriva tehnične razlike in razlike v ekonomičnosti postavitve. Pričakovati je bilo, da bodo popolnoma sinhronizirani sistemi za porazdeljeno vzorčenje in procesiranje olajšali integracijo opreme za večje objekte in jo naredili bolj rentabilno. Raziskava se je osredotočala na splošne rešitve teh problemov, hkrati pa se je ukvarjala z bolj specifičnim primerom (prenos vzorčenega analognega ). Znaten del razvojnih aktivnosti je bil namenjen izbiri in vrednotenju optičnih in elektro-optičnih komponent za uporabo v porazdeljenih sistemih. Potrebno je bilo razviti in preizkusiti merilne metode in pripomočke za vrednotenje teh komponent. Prototip sistema je prikazal istočasen prenos referenčnega in vzorčenega signala po istem optičnem vlaknu. Prototipni sistem je avtomatsko izmeril in upošteval pri svojem delovanju različne dolžine povezav od osrednje točke sistema do perifernih vzorčevalnih enot. Pri delu smo uporabljali povečini enako opremo kot v projektu »Timing sistemi na tehnologiji optike«.

 

Usmeritev Aktivnost
Identifikacija in razvoj gradnikov distribuiranih procesnih sistemov Izbira konceptov in razvoj deterministične povezave  z nizko zakasnitvijo do 2 km.
  Nadgradnje sinhronizacije (TsTo) med napravami za prenos absolutnega časa.
  Izbira in prototipna izvedba prenosa preko nedeterministične povezave z visoko prepustnostjo do 2km.

Implementacija sistema za prenos absolutnega časa.
  Fazni sukalnik z zmanjšanim vplivom napak elementov – digitalna metoda za spremembo faze referenčnega signala (dodana aktivnost – vložen patentni zahtevek)

 

 

Slika 4: Blokovni načrt porazdeljenega procesnega sistema

 

Slika 5: Preizkus optičnih komponent, ki bodo uporabljene pri prenosu več signalov po istem vlaknu

 

Vzorčevalniki z vgrajenimi visoko-zmogljivimi računskimi enotami

Glavni cilj tega raziskovalnega projekta je bil povečati procesno zmogljivost vzorčevalnih enot, ki proizvajajo pri vzorčenju več kanalov hiter in širok tok podatkov. Obstoječe rešitve z namensko zasnovanimi vezji FPGA so glede zakasnitve in hitrosti obdelave boljše kot druge rešitve, a zaradi časa razvoja, porabe energije in stroškov komponent običajno niso najbolj ekonomične. Optimalna rešitev je združitev vzorčevalne enote in vgrajene računske enote. Takšen pristop je veliko bolj ekonomičen, zakasnitev pa je le malenkost  višja. Cilj raziskave kombinirane vzorčevalne in procesne arhitekture je povečati zmogljivost procesiranja digitalnega signala za faktor od 10 do 100 glede na napor, vložen v programiranje. Uporaba določene procesne arhitekture sloni na raziskavi zmogljivosti posameznih arhitektur (FPGA, DSP, GPU in kombinacij le-teh). Izveden je preizkus delovanja grafične procesne enote (GPU) pri obdelavi vzorčenih signalov v realnem času.

Oprema, ki je bila potrebna za delo, je obsegala predvsem FPGA razvojne plošče, GPU enote (dve sta v lasti COBIK) in opremo za zajem in analizo hitrih digitalnih signalov.

Usmeritev Aktivnost
Arhitekture računskih enot za specifične algoritme s ciljem uporabe naprednih metod programiranja, zmanjšanja količine podatkov in  povezovanja računskih enot z vzorčevalniki. Izbira arhitektur, računanje specifičnih algoritmov ter izbira vmesnikov in povezav z  vzorčevalnimi enotami.
  Izvedba prototipnega projekta z uporabo izbranih računskih enot in vmesnikov.

 

Slika 6: Preizkus GPU enote v povezavi z vzorčevalno enoto

 

Razvoj X-BPM senzorja na osnovi monokristalnega diamanta

Monokristalni diamantni material je zaradi svojih lastnosti zelo primeren za izdelavo nekaterih novih senzorjev, predvsem senzorja pozicije fotonskega žarka (XBPM) v pospeševalniku, ki bi deloval pri frekvenci pospeševalne celice, to je nekaj 100 MHz. Glavni cilji raziskave so bili opredelitev tehnološke osnove za senzorje, ki temeljijo na monokristalnem diamantu, opredelitev konceptov za zajem signala in zaznavo bistvenih sprememb lastnosti senzorjev ter določitev lastnosti površine kemično aktiviranih monokristalnih diamantov. Raziskava je vključevala postopke za klasifikacijo materiala, raziskavo homogenosti materialov, raziskavo obdelave površin, litografije in metalizacije ter izdelave miniaturnih priključkov. Večina teh postopkov se že uporablja pri tehnologiji izdelave polprevodnikov. Pri diamantnih materialih so ti postopki zaradi njihovih specifičnih značilnosti (visoka mehanska odpornost, kemična nereaktivnost in druge ekstremne značilnosti) zahtevnejši. Predvidena sta razvoj in izdelava prototipa XBPM senzorja ter preizkus le-tega v okolju žarkovne linije pri pospeševalniku.

 

Usmeritev Aktivnost
Razširitev družine merilnikov pozicije fotonskega žarka in osvajanje tehnološke osnove za biosenzoriko Razvoj karakterizacije ter tehnologije obdelave površine in naparjevanja kovin na SCD osnovni material.
  Razvoj senzorja merilnika pozicije fotonskega žarka
  Prenos tehnoloških znanj na področje biosenzorike

 

Slika 7: Enkapsuliran prototip XBPM senzorja

 

Slika 8: Odjemno mesto XBPM med preizkusom v realnem okolju žarkovne linije

 

 

Kontakt: info@cobik.si; 05 8500893




				

Predstavitveni video

COBIK LNI

Fotogalerija

LNI

več »