Santec dDLC Digital Diode Laser Controller
FPGA 기반 레이저 락킹·진단과 dDLC-DUAL 듀얼 레이저 제어를 지원하는 정밀 다이오드 레이저 컨트롤러
(Santec, formerly MOGLabs)
레이저 구동과 락킹, 스펙트럼 진단을 하나의 디지털 플랫폼으로 통합한 정밀 레이저 컨트롤러.
Santec dDLC는 ECDL을 비롯한 정밀 가변 다이오드 레이저의 전류·온도·피에조 제어부터 주파수 안정화와 신호 분석까지 하나의 장비에서 수행할 수 있도록 설계된 FPGA 기반 디지털 다이오드 레이저 컨트롤러입니다. 아날로그 DLC의 직관적인 전면 패널 조작성을 유지하면서도 FPGA 신호처리 기술을 적용해 빠른 피드백 제어와 다양한 락킹 방식을 구현하며, 레이저 튜닝과 락킹 설정, 동작 상태 모니터링을 독립적으로 수행할 수 있습니다. 또한 FFT 스펙트럼 분석기와 오실로스코프 기능이 내장되어 있어 별도의 계측기를 추가하지 않고도 레이저 신호와 피드백 루프의 상태를 실시간으로 확인할 수 있습니다.
dDLC의 Primary 레이저 채널은 0~800 mA 전류 출력과 저노이즈 전류 구동을 제공하며, 7.5~49.5 °C 범위의 TEC 제어와 0~150 V 피에조 구동을 함께 지원합니다. 전류 변조는 헤드보드 직접 입력에서 30 MHz 이상의 대역폭을 제공하고, DAC 기반 고속 제어에서는 3.2 MHz 대역폭을 지원하므로 다이오드 전류를 이용한 빠른 주파수 보정과 피에조를 이용한 느린 보정을 분리해 구성할 수 있습니다. 내부 디더, 위상 조정, 복조 필터 및 Fast·Slow 서보를 이용해 광학 캐비티, 원자 전이 또는 외부 기준 신호에 레이저를 락킹할 수 있으며, 자동 락킹과 자동 재락킹 기능도 지원하도록 개발되고 있습니다.
dDLC는 기본적으로 단일 레이저를 제어하지만, 듀얼 레이저용 커넥터 플레이트를 적용하면 두 개의 레이저를 하나의 본체에서 제어하는 dDLC-DUAL 구성으로 사용할 수 있습니다. dDLC-DUAL은 dDLC 두 대를 나란히 사용하는 것과 유사한 제어 구성을 제공하며, Primary 채널은 일반 dDLC의 전체 기능을 사용하고 Secondary 채널은 레이저 구동과 제어 기능을 제공합니다. 단, Secondary 채널에는 AC modulation이 포함되지 않으므로 해당 기능이 필요한 경우 외부 PLM(Peak Lock Module)으로 변조 신호를 생성해 입력해야 합니다. 전면 컬러 디스플레이와 로터리 컨트롤을 이용한 단독 운용 외에도 TCP/IP Ethernet과 USB를 통해 PC에서 제어할 수 있으며, 텍스트 기반 명령어와 GUI, Python·MATLAB·LabVIEW 드라이버를 이용해 자동화된 측정 및 실험 시스템에 통합할 수 있습니다. 이러한 구성으로 dDLC는 양자컴퓨팅과 양자센싱, 광주파수 표준, 정밀 분광, 가스 센싱 및 첨단 광학 연구에서 레이저 제어와 진단을 동시에 수행하는 중앙 제어 플랫폼으로 활용됩니다.
특징
- ■ 고속 신호 처리를 지원하는 완전 디지털 FPGA 기반 레이저 잠금 컨트롤러
■ 초저잡음 전류 소스, TEC 온도 컨트롤러 및 피에조 드라이버 통합
■ 락인 앰프 방식의 디모듈레이터와 피드백 서보를 통한 정밀 레이저 잠금 제어
■ Auto-lock 및 Auto-relock 기능 지원 예정(개발 중)
■ 듀얼 채널 DDS 방식의 모듈레이터 드라이버와 스윕 램프 발생기 내장
■ 실시간 신호 분석을 위한 FFT 스펙트럼 분석기와 오실로스코프 기능 내장
■ 직관적인 전면 패널을 통한 독립형 운용과 GUI 기반 시스템 제어 지원
■ USB 2.0 및 TCP/IP를 통한 원격 제어와 텍스트 기반 API 지원
■ LabVIEW, MATLAB 및 Python 드라이버 제공
■ 컨트롤러 리셋 시에도 레이저 잠금이 중단되지 않는 안정적인 연속 운용 설계
■ 정밀 계측, 양자광학 및 양자 기술 시스템에 적합
어플리케이션
■ Quantum computing and sensing
■ Optical clocks and frequency standards
■ Precision spectroscopy
■ Gas sensing and environmental monitoring
■ Advanced photonics research
제품 사양
Model | dDLC |
Current - B1150 single-channel driver (Primary laser) | |
Output current | 0 to 800mA ±5uA setpoint (display ±10uA), control ±8nA |
Noise* | 240pA/√Hz @ 1 kHz, 250nA (rms) 1 Hz – 1 MHz |
Stability and accuracy | ± 0.2ppm/°C and 0.1% from setpoint |
Compliance voltage | 8 V at 400mA, 4 V at 800mA |
Current modulation | 1. ±25mA Direct analogue, Sweep 2. ±1mA Direct analogue, Dither, Control DAC 1, Control DAC 2 3. ±250uA Dither, Control DAC 2 DAC1, DAC2: 16 bits at 3.125MHz 4. ±2 mA Direct analogue, headboard DAC1, DAC2: 16 bits at 3.125 MHz |
Current modulation bandwidth | Direct analogue mode: 1.2 MHz (–3dB) Direct analogue mode (headboard): >30 MHz (–3dB) DAC control (fast): 3.2 MHz (28-bit depth) |
Current - B1170 single-channel driver (Secondary laser) | |
Output current | 0 to 800mA ±5uA setpoint (display ±10uA), control ±8nA |
Noise* | 240pA/√Hz @ 1 kHz, 250nA (rms) 1 Hz – 1 MHz |
Stability and accuracy | ± 0.2ppm/°C and 0.1% from setpoint |
Compliance voltage | 8 V at 400mA, 4 V at 800mA |
Current modulation | 1. ±25mA Direct analogue, Sweep 2. ±1mA Direct analogue, Dither, Control DAC 1, Control DAC 2 |
Current modulation bandwidth | Direct analogue mode: 1.2 MHz (–3dB) DAC control (fast): 3.2 MHz (28-bit depth) |
Temperature - B1182 dual-channel TEC driver | |
Range | 7.5 – 49.5°C ±1mK resolution |
Stability | Better than ±1mK/°C |
TEC power | ±2A, ±12V (24W) |
Sensor | NTC 10kΩ |
Control | PID with variable sample rate, bandwidth 50 Hz |
Protection | PCB over temp, TEC over current, open/short circuit |
Piezo - B1190 dual-channel piezo driver | |
Piezo output | Two independent channels 0 – 150V, ±10mA (charge and discharge) |
Piezo Sweep/Control DAC | Individual Sweep and Control DACs, 16 bits unipolar |
Resolution | Sweep: 2.5mV resolution at maximum range Control: variable gain from 240µV to 16µV per LSB |
Noise | 80nV/√Hz |
Sweep | Internal 0.1 Hz to 62.5 Hz; auxiliary inputs ChA, ChB; programmable |
Monitoring | Voltage and current measurement for each channel |
Protection | Leakage, PCB over temperature |
Frequency stabilization - B1110 core | |
Dither for AC locking | 0 to 2.5 MHz ±0.058 Hz (default 250kHz) Dither to diode current (±250µA or ±1mA) or external (±150mA or ±4 V) |
Bandwidth | 3.2 MHz (DAC control) |
Phase | 0 − 360°, 0.022° resolution |
Error signal | 32-bits signed, sampling at 6.25 MHz |
Post demodulator filter | 5 stage IIR and user adjustable response including bypass option |
Servo Controls | Slow (piezo) and Fast (current) servo controllers with individual offset |
Gain Controls | ±18dB master plus ±18dB on slow, fast channels |
Slow Controller Inputs | 1. Slow Error Signal (after offset and master gain) 2. Auxiliary A 3. Auxiliary B 4. Photodetector DC Input 5. Fast controller Output |
Slow Controller Action | PI with 20 dB/dec gain with user-adjustable response |
Fast Controller Input Selection | 1. Fast Error Signal (after offset and master gain) 2. DC Block Output (AC coupled error signal) |
Fast Controller Action | PI with 20 dB/dec gain with user-adjustable response |
Signal input/output - B1120 rear panel | |
Signal input/output | 8 BNC connectors
- Mod out 1 Santec DVI-D DL socket Option: Toptica DL Pro |
Analogue inputs (4) | Signal range ±4.096 V (protected to ± 15 V) Photodetector - AC: 12.5 MHz > 150dB dynamic range - DC: 1 MHz > 110dB dynamic range Auxiliary A and B: DC 1 MHz > 110dB dynamic range Direct: analogue input direct to diode current modulation |
Analogue outputs (2) | Monitor A and B, 16 user-selectable signals; output range ±4 V. Sampling up to 3.25 MHz @ 16 bits / BW 1 MHz Dither Voltage/Current Driver (user selectable): output ±4.096 V ±150mA |
Digital inputs | TTL compatible, 0 – 6.5 V tolerant and protected, active low <0.8 V: a) 3.5mm stereo jack (external Fast/Slow Lock inputs) b) 3.5mm stereo jack (External Laser1/Laser2 interlocks) |
Digital outputs | TTL compatible, 0 – 6.5 V tolerant and protected, active high >2.4 V: a) Trigger (sweep mid-point) b) 3.5mm stereo jack (Fast/Slow Lock outputs) |
Front panel user interface - B1118 front panel | |
Operator controls | 1 key switch STANDBY/RUN 6 dedicated rotary encoders: diode current, input offset, frequency, span, slow gain, fast gain, each with press-function 3 dedicated pushbuttons: diode on/off, slow lock, fast lock 1 menu adjust encoder 2 menu step pushbuttons |
LED indicators | Four 3-colour LEDs: standby/run, laser diode, slow lock, fast lock |
Digital outputs | 127mm, 800x480 pixels, full colour |
Connectivity | |
Communications | TCP/IP ethernet (10/100); USB 2.0 Type B |
Laser | Standard: MOGLabs DVI-D DL socket; Option: Toptica DLPro |
Power out | Photodetector supply (M8-3 Thorlabs-compatible), ±15 V |
Power and dimensions | |
IEC input | 90 – 264 Vac @ 47 – 63 Hz |
Power | 28 W (laser off) |
Dimensions | 19” 2U, 88x422x270 mm (H x W x D), optional rack-mount ears, 3.5kg |
Operating Temperature | 10 - 35°C |
시스템 통합
dDLC는 정밀 레이저 시스템을 위한 중앙 제어 플랫폼으로 설계되었습니다. 자사의 파장 가변 레이저 및 외부 광학 시스템과 원활하게 연동되며, 단독 운용과 완전한 원격 프로그래밍 제어를 모두 지원합니다.
