Santec FSC Fast Servo Controller
35 MHz 초과 고속 PID 및 I/I² 듀얼 루프 제어, 레이저 주파수 락킹·선폭 축소용 서보 컨트롤러
(Santec, formerly MOGLabs)
Santec FSC는 레이저의 주파수를 기준점에 안정적으로 유지하고 선폭을 줄이기 위한 고대역폭 아날로그 서보 컨트롤러입니다. 광학 캐비티, 원자 전이선 또는 비트노트 측정계에서 생성된 오차 신호를 입력받아 빠른 변화는 레이저 다이오드의 전류 변조로 보정하고, 장시간에 걸친 느린 드리프트는 ECDL의 피에조로 보정합니다. 따라서 FSC는 단독 레이저 드라이버가 아니라 광검출기 및 레이저 컨트롤러와 연결해 사용하는 피드백 장치이며, 빠른 출력은 전류 변조 입력에, 느린 출력은 피에조 제어 입력에 연결하는 방식으로 시스템을 구성합니다.
빠른 서보는 비례·적분·미분 제어를 결합한 PID 구조로 작동하며 35 MHz를 초과하는 출력 대역폭과 40 ns 미만의 전파 지연을 제공해 레이저의 빠른 주파수 노이즈를 억제합니다. 빠른 출력은 ±2.5 V이며 이득은 -14~+46 dB, 적분 주파수는 10 kHz~2 MHz, 미분 주파수는 100 kHz~10 MHz 범위에서 조정할 수 있습니다. 이와 동시에 느린 서보는 단일 또는 이중 적분기인 I/I² 방식으로 저주파 드리프트와 음향 교란을 보정하며, 0~5 V 출력과 25 Hz~1 kHz의 적분 범위를 지원합니다. 두 서보는 각각 독립적으로 사용할 수도 있고 느린 제어 신호를 빠른 루프에 결합한 중첩 구조로 운용할 수도 있어, 레이저와 액추에이터의 응답 특성에 맞춰 피드백 구성을 최적화할 수 있습니다.
이러한 조정은 숨겨진 내부 트리머가 아닌 전면 패널의 전용 노브와 스위치로 수행되므로, 오실로스코프에서 오차 신호와 제어 출력을 확인하면서 이득, 적분·미분 주파수, 오프셋 및 피드백 극성을 실시간으로 조절할 수 있습니다. 내부 1~50 Hz 램프 발생기를 이용해 레이저 주파수를 스캔하고 원하는 공진 신호를 찾은 뒤 SCAN, SCAN+P, LOCK 모드를 순차적으로 전환하면 초기 락킹과 PID 최적화를 효율적으로 진행할 수 있습니다. 또한 0~35 MHz의 외부 고속 변조 입력과 ±12 V·150 mA의 광검출기 전원을 제공하므로 PDH용 고속 광검출기를 별도 전원 장치 없이 연결할 수 있으며, 고피네스 광학 캐비티 락킹, 레이저 선폭 축소, 비트노트 오프셋 락킹, 정밀 분광 및 레이저 출력 안정화에 활용할 수 있습니다.
특징
■ 빠른 전류 피드백과 느린 피에조 피드백을 독립적으로 제어하는 고대역폭 듀얼 루프 레이저 서보 컨트롤러
■ 두 개의 병렬 피드백 루프와 <40 ns의 낮은 지연시간으로 정밀하고 빠른 레이저 안정화 지원
■ PID/PI2D 루프 셰이핑을 통한 피드백 응답 최적화
■ 광학 공진기 잠금, 레이저 선폭 축소 및 비트 노트 안정화 지원
■ 오실로스코프 트레이스 중앙으로 자동 잠금하는 Auto-lock 기능
■ 전면 패널의 전용 노브를 통해 주요 피드백 파라미터를 실시간으로 조정
■ 오실로스코프 트레이스 선택용 스위치 2개와 램프 발생기 내장
■ 전류 변조와 피에조 제어를 지원하는 다이오드 레이저 및 ECDL 시스템과 호환
■ 고대역폭 외부 변조 지원
■ PDA030 등의 호환 포토디텍터에 전원을 공급할 수 있는 저잡음 ±12 V 포토다이오드 전원 내장
어플리케이션
■ Laser frequency stabilisation
■ Optical cavity locking
■ Linewidth narrowing
■ Beat-note and offset locking
■ Precision spectroscopy
제품 사양
Model | FSC |
General | |
Bandwidth (fast output) | >35 MHz (–3 dB) |
Propagation Delay | < 40ns |
External modulation | 0 – 35MHz (–3 dB) |
Sweep Mode | Internal or external |
Internal Sweep Rate | Adjustable, 1 – 50Hz |
Monitor Outputs | 2 selectable monitors, ± 5V |
Inputs | |
A in, B in | SMA, 1MΩ, ± 2.5V |
External sweep | SMA, 1MΩ, 0 to 2.5V, 10kHz bandwidth |
External gain control | SMA, 1MΩ, ± 1.0V |
External fast modulation | SMA, 1MΩ, ± 1.0V |
Input noise | < 5.5nV/√Hz [measured 3.2nV/√Hz] |
Error offset | ± 450mV |
TTL lock input | 3.5mm stereo jack, active low |
Servo Controls | |
Servo type | Independently configurable fast and slow servos, can be nested |
Controller action | Slow: I or I² , Fast: PID |
Slow gain | -20dB to +20dB |
Slow integrator | Off, 25Hz – 1kHz |
Fast gain | -14dB to +46dB |
Fast integrator | Off, 10kHz – 2MHz |
Fast differentiator | Off, 100kHz – 10MHz |
Fast differentiator gain limit | 0 – 24dB |
Adjustable low-pass filter | Off, 25kHz – 200kHz |
Fast gain limit | Off, 0 – 60dB |
Slow output | SMA, 0 - 5V, 50Ω impedance |
Fast output | SMA, ± 2.5V, 50Ω impedance |
Power and Dimensions | |
IEC input | 100 or 110/120 or 220/240V, 50/60 Hz, 3A |
Photodiode supply output | ±12V, 150mA, M8 connector |
Power consumption | < 10W |
Dimensions | 250x79x292mm (W x H x D), 2kg |
시스템 통합
FSC는 다이오드 레이저 시스템 및 외부 드라이버와 연동하여 고속 피드백 제어를 제공합니다. 정밀한 레이저 안정화 시스템에서 레이저 컨트롤러 및 포토디텍터와 함께 사용할 수 있습니다.
