একটি লেজার স্ট্যাবিলাইজেশন সিস্টেম তৈরি করা মানে অ্যামপ্লিফায়ারে একটি ভারী, ব্যয়বহুল অ্যানালগ লক- সুরক্ষিত করা। কার্যকর হলেও, আধুনিক ডিজিটাল পদ্ধতির তুলনায় এই সিস্টেমগুলি নমনীয়তা, বিলম্বিতা এবং একীকরণে সীমিত হতে পারে। ডিজিটাল ডিভাইসগুলি ডিজিটাল সিগন্যাল প্রসেসিং ব্যবহার করে তাদের পূর্বসূরীদেরকে ছাড়িয়ে যায়, যা বাস্তব-বিশ্ব কেস স্টাডি দেখিয়েছে। লেজার স্ট্যাবিলাইজেশন এর ভবিষ্যত ডিজিটাল?
লেজার স্থিতিশীলতা অপরিহার্য। অনেক লেজার স্টেবিলাইজেশন সেটআপে, ফ্রিকোয়েন্সি বিচ্যুতির প্রতিনিধিত্বকারী সংকেত অত্যন্ত দুর্বল এবং প্রায়শই পটভূমির শব্দে চাপা পড়ে। পরিবেশগত ব্যাঘাত এবং সনাক্তকারীর শব্দ সহজেই পরিমাপের উপর আধিপত্য বিস্তার করতে পারে, যার ফলে ত্রুটি সংকেতের নির্ভরযোগ্য নিষ্কাশন চ্যালেঞ্জিং হয়ে ওঠে।
চেহারা সত্ত্বেও, লেজারগুলি পুরোপুরি বিশুদ্ধ রঙ এবং ধ্রুবক শক্তি উত্পাদন করে না। যেহেতু তারা তাদের পরিবেশের প্রতি সংবেদনশীল, তাই তাপমাত্রা, কম্পন, চাপ বা বিদ্যুৎ সরবরাহের ক্ষুদ্র পরিবর্তন লেজারের ফ্রিকোয়েন্সি প্রবাহিত হতে পারে এবং শক্তি ওঠানামা করতে পারে। এমনকি ছোটখাটো পরিবর্তনগুলি পরীক্ষাগার এবং শিক্ষাগত সেটিংসে উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলে।
উচ্চ-নির্ভুলতা প্রয়োগের জন্য, যেমন উচ্চ-রেজোলিউশন স্পেকট্রোস্কোপি, এই অস্থিরতা অগ্রহণযোগ্য। সক্রিয়ভাবে ওঠানামা সংশোধন করতে এবং লেজারের আউটপুটকে অত্যন্ত স্থিতিশীল বাহ্যিক রেফারেন্সে লক করতে ব্যক্তিদের অবশ্যই লেজার স্থিতিশীলকরণ সিস্টেম ব্যবহার করতে হবে।
একটি লেজার স্থিতিশীল করার জন্য সাধারণ পদ্ধতি হল একটি প্রতিক্রিয়া লুপ। আলোর একটি নমুনা বিভক্ত করা হয় এবং একটি স্থিতিশীল রেফারেন্সে পাঠানো হয় এবং একটি ডিটেক্টর স্থিতিশীল রেফারেন্সের তুলনায় লেজারের ফ্রিকোয়েন্সি পরিমাপ করে। শূন্যের একটি ত্রুটি সংকেত নির্দেশ করে যে লেজারটি রেফারেন্স অবস্থায় লক করা হয়েছে, যখন শূন্যের উপরে বা নীচে বিচ্যুতিগুলি ফ্রিকোয়েন্সি প্রবাহ নির্দেশ করে।
ত্রুটি সংকেতগুলি প্রায়শই অবিশ্বাস্যভাবে বেহুঁশ হয় কারণ তারা পটভূমির শব্দের মধ্যে চাপা পড়ে যায়। এটি নিষ্কাশন করার ঐতিহ্যগত উপায় হল একটি অ্যানালগ লক-এম্প্লিফায়ারে-একটি ফিজিক্যাল বক্স যা একটি নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সিতে একটি সংকেত খোঁজার জন্য বিশেষভাবে টিউন করা হয়।
অ্যামপ্লিফায়ারে অ্যানালগ লক-এর সমস্যা
অতীতে, একটি লেজার স্ট্যাবিলাইজেশন সিস্টেম তৈরি করার অর্থ ছিল অ্যামপ্লিফায়ারে একটি স্ট্যান্ড-একা অ্যানালগ লক- কেনা যা অবশ্যই ডিটেক্টর এবং অন্যান্য ইলেকট্রনিক মডিউলগুলির সাথে শারীরিকভাবে তারযুক্ত হতে হবে। এটি কার্যকর কিন্তু অনমনীয় ছিল। পেশাদারদের মডুলেশন ফ্রিকোয়েন্সি পরিবর্তন করতে হার্ডওয়্যার পরিবর্তন বা প্রতিস্থাপন করতে হয়েছিল।
অ্যামপ্লিফায়ারে অ্যানালগ লক- দশকের পর দশক ধরে সংবেদনশীল পরিমাপের জন্য ভিত্তি করে এসেছে, কারণ তারা অত্যন্ত কোলাহলপূর্ণ পরিবেশ থেকে ক্ষীণ সংকেত বের করতে পারে, যেখানে সঠিক ডেটা পুনরুদ্ধার অপরিহার্য। তারা কার্যকরভাবে তাদের উদ্দেশ্য পূরণ করেছে, কিন্তু ক্রমবর্ধমান কর্মক্ষমতা প্রত্যাশা পূরণের জন্য চাপ দিচ্ছে। ব্যবহারকারীরা সহজেই ডিভাইসের মূল ফাংশন এবং সেটিংস পরিবর্তন করতে পারে না-অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি পরিসীমা, ফিল্টার প্রকার এবং সময় ধ্রুবক সহ।
কম্পোনেন্ট ড্রিফ্ট ছাড়াই সুনির্দিষ্ট ফিল্টারিং এবং মাল্টিফ্রিকোয়েন্সি ডিমোডুলেশনের জন্য ডিজিটাল সিগন্যাল প্রসেসিং অ্যালগরিদমের মাধ্যমে অ্যামপ্লিফায়ারে ডিজিটাল লক-ইনপুট সিগন্যালগুলিকে ডিজিটাইজ করে৷ এগুলি উচ্চ-কর্মক্ষমতা, বাস্তব-সময়, সমান্তরাল গাণিতিক ক্রিয়াকলাপের জন্য ডিজাইন করা হয়েছে৷
ডিজিটাল ইমপ্লিমেন্টেশন একটি ডিজিটাল ডিভাইসে কোড ইন বক্সে অ্যানালগ লক-এর পুরো ফাংশনকে প্রতিলিপি করে। এটি রিয়েল টাইমে ত্রুটি সংকেত বের করতে সংখ্যাগুলিকে ফিল্টার করে এবং প্রক্রিয়া করে এবং একটি ডিজিটাল-থেকে-এনালগ রূপান্তরকারী তারপর লেজার সংশোধন করার জন্য প্রয়োজনীয় ভোল্টেজ তৈরি করে। এই পদ্ধতিটি কর্মক্ষমতা এবং কার্যকারিতার ক্ষেত্রে অ্যানালগ বাস্তবায়নকে ছাড়িয়ে যেতে পারে, বিশেষত নমনীয়তা এবং একীকরণের প্রয়োজন অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে।
ডিজিটাল সিগন্যাল প্রসেসিং এর মৌলিক বিষয়
আধুনিক পদ্ধতি হল অ্যামপ্লিফায়ারের মূল ফাংশনে লক-কে ডিজিটাইজ করা। একটি উচ্চ-গতির অ্যানালগ-থেকে-ডিজিটাল রূপান্তরকারী (ADC) ডিটেক্টর থেকে শোরগোলযুক্ত অ্যানালগ সংকেতকে ডিজিটাল ডেটার একটি প্রবাহে রূপান্তর করে। ডিজিটাল সিগন্যাল প্রসেসিং এই তথ্যের উপর গাণিতিক অপারেশন করে। আউটপুট রিয়েল টাইমে ত্রুটি সংকেত নিষ্কাশন করতে ফিল্টার এবং প্রক্রিয়া করা হয়.
সংকেতকে ডেটাতে পরিণত করা।ADC একটি অবিচ্ছিন্ন এনালগ ইনপুট সংকেতকে সংখ্যার একটি পৃথক সিরিজে রূপান্তর করে। একটি উচ্চ, নির্দিষ্ট হারে ইনপুট ভোল্টেজের নমুনা একটি ডেটা স্ট্রিম তৈরি করে যা মূল তরঙ্গরূপের আনুমানিক। উদ্দেশ্য হল ইনপুট সংকেতকে একটি রেফারেন্সের সাথে তুলনা করা, সাধারণত একটি সাইন ওয়েভ।
এটি করার জন্য, সিস্টেম ইনপুট সংকেত বিভক্ত করে। উভয়কেই রেফারেন্স এবং একটি 90-ডিগ্রি ফেজ-পরিবর্তিত কপি দিয়ে আলাদাভাবে গুণ করা হয়। এনালগ যন্ত্রের বিপরীতে, ডিজিটাল প্রযুক্তি সিগন্যালকে বিভক্ত করার সময়-থেকে-শব্দ অনুপাতের ক্ষতি দূর করে। এই সংকেতগুলি তখন শব্দ অপসারণ এবং ডেটা গড় করার জন্য অভিন্ন ডিজিটাল লো-পাস ফিল্টারগুলির মধ্য দিয়ে যায়।
ডিমোডুলেশন প্রক্রিয়ার আউটপুট দুটি স্থিতিশীল সরাসরি বর্তমান মান। এগুলি পরিষ্কার করার জন্য, আপনি ক্যাসকেডেড ইন্টিগ্রেটর কম্ব (CIC) বা সীমিত ইমপালস রেসপন্স (FIR) এর মতো ডিজিটাল ফিল্টারগুলি ব্যবহার করেন, যা উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি সিগন্যালকে দমন করে এবং একটি সরাসরি কারেন্ট (DC) সংকেত মুক্ত করে।
পরিচ্ছন্নতার সংকেত।CIC জনপ্রিয় কারণ এটির কোনো ফিল্টার সহগ সঞ্চয়স্থান বা গুণের প্রয়োজন নেই। এটি সহজতম গণনার উপর নির্ভর করে আপনি FIR এর তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে কম কম্পিউটেশনাল জটিলতার সাথে কম-পাস ফিল্টারিং অর্জন করতে পারেন।
যদিও এফআইআর-এর এখনও ব্যবহার রয়েছে, এটির জন্য অত্যন্ত কম কাট{0}} ফ্রিকোয়েন্সি প্রয়োজন, যার ফলে জটিল ক্রিয়াকলাপ, যথেষ্ট সম্পদ খরচ এবং উচ্চতর বিলম্ব হয়৷ আপনি যদি এফআইআর পছন্দ করেন, আপনি দ্বৈত ফিল্টারগুলির সাথে অপ্টিমাইজ করতে পারেন যা একটি সহগ টেবিল ভাগ করে। এই পদ্ধতিটি উচ্চতর কর্মক্ষমতা, কম গণনাগত জটিলতা এবং কম সম্পদের ব্যবহার প্রদান করে।
ন্যূনতম বিলম্ব।মিশ্রণের পরে, সংকেত এখনও গোলমাল হতে পারে। এটি পরিষ্কার করতে, লক-কে অবশ্যই সংকেত গড়তে হবে৷ গড় বিলম্বের একটি সাধারণ উৎস কারণ, প্রকৃতির দ্বারা, এটি তাত্ক্ষণিকভাবে পরিবর্তিত হতে পারে না এবং সময়ের সাথে পরিমাপ করা আবশ্যক।
আপনি যদি খুব অল্প সময়ের ব্যবধান গড় করেন, তবে আউটপুট পরিবর্তনের জন্য খুব দ্রুত সাড়া দেবে, কিন্তু আপনি বেশি শব্দ ফিল্টার করবেন না। বিপরীতে, একটি দীর্ঘ সময়ের মধ্যে গড় কার্যকরভাবে গোলমাল দূর করবে এবং একটি পরিষ্কার এবং স্থিতিশীল ফলাফল দেবে, কিন্তু বাস্তব সংকেত পরিবর্তন হলে সাড়া দিতে অনেক সময় লাগবে।
সময় ধ্রুবক সেট করুন-যা পরিমাপ করে যে একটি সিস্টেম কত দ্রুত ইনপুটে সাড়া দেয়-একটি খুব ছোট মান। যদিও আপনার আউটপুট শোরগোল হতে পারে, এটি যেকোনো পরিবর্তনের প্রায় সঙ্গে সঙ্গে সাড়া দেবে। আপনি ধীরে ধীরে সময় ধ্রুবক বাড়ান, আউটপুট পিছিয়ে শুরু হবে। সংক্ষিপ্ততম সম্ভাব্য গড় সময় পেতে, নির্ভরযোগ্য পরিমাপের জন্য সংকেতটি যথেষ্ট স্থিতিশীল হয়ে গেলে থামুন।
ডিজিটাল বাস্তবায়নের সুবিধা
ডিজিটাল লক-এম্প্লিফায়ারে, ল্যাবরেটরি পেশাদাররা প্যারামিটারগুলি পরিবর্তন করতে পারে-যেমন ফিল্টার সেটিংস, মডুলেশন ফ্রিকোয়েন্সি, এবং লাভ-কোডের একটি লাইন সম্পাদনা করে৷ কোন হার্ডওয়্যার স্পর্শ করার প্রয়োজন নেই. ডিজিটাল কন্ট্রোল আরও জটিল, অভিযোজিত স্থিতিশীলকরণ কৌশলগুলিকে সক্ষম করে যা এনালগ উপাদানগুলির সাথে বাস্তবায়ন করা কঠিন বা অসম্ভব।
আরও স্বজ্ঞাত হওয়ার বাইরে, এই সিস্টেমটি সাধারণত আরও সাশ্রয়ী হয়। একটি একক প্রোগ্রামেবল ডিভাইস এনালগ উপাদান সহ একাধিক বিশেষায়িত ইলেকট্রনিক বাক্সের তুলনায় যথেষ্ট সস্তা হবে। বাস্তব-বিশ্বের সেটিংসে, ডিজিটাল সিগন্যাল প্রসেসিং সহ লেজার স্টেবিলাইজেশন সিস্টেমগুলি দক্ষ, শক্তিশালী এবং সাশ্রয়ী-।
স্ক্যানিং প্রোব মাইক্রোস্কোপি (SPM), উদাহরণস্বরূপ, মাইক্রো- এবং ন্যানোস্কেল পৃষ্ঠ টপোলজি মানচিত্র প্রদান করে। সাধারণত, স্ক্যানিং পয়েন্ট লেআউট আয়তক্ষেত্রাকার টপোগ্রাফি রাস্টার প্যাটার্নের মধ্যে সংজ্ঞায়িত করা হয়। এই কৌশলটির ঝুঁকি হল অপর্যাপ্ত স্ক্যানিং ঘনত্বের কারণে মূল্যবান ডেটা মিস হতে পারে। এছাড়াও, সিস্টেমটি ডেটা দ্বারা অভিভূত হতে পারে যখন একটি কম রেজোলিউশন যথেষ্ট হবে।
অভিযোজিত স্ক্যানিং সমর্থন করে এমন একটি নিয়ামক ডেটা অধিগ্রহণকে আরও দক্ষ করে তোলে। একটি কেস স্টাডি দেখায় যে এমনকি একটি কম-মূল্যের ডিজিটাল সিগন্যাল প্রসেসর 16-, 18- এবং 20-বিট অপারেশন সক্ষম করতে-শিল্প বাণিজ্যিক মাইক্রোস্কোপগুলির-স্টেটের সাথে তুলনীয় কর্মক্ষমতা অর্জন করতে পারে। এই পরীক্ষাটি শক্তিশালী যন্ত্র তৈরি করতে নমনীয়, অফ-দ্য-শেল্ফ উপাদানগুলি ব্যবহার করার সম্ভাবনা প্রদর্শন করেছে।
একটি উচ্চ বিট গভীরতা মানে নিয়ামক অনেক ছোট উচ্চতা পার্থক্য পরিমাপ করতে পারে. ন্যানোস্কেলে ইমেজিংয়ের জন্য ক্ষুদ্র বৈশিষ্ট্যগুলি সনাক্ত করার জন্য অত্যন্ত নির্ভুলতার প্রয়োজন, এবং সূক্ষ্ম নিয়ন্ত্রণ এবং পরিমাপের জন্য নেটিভ 14-বিট রেজোলিউশনকে 18- এবং 20-বিট-এ বাড়ানোর জন্য বোর্ডগুলিতে অ্যাড-ব্যবহার করা একটি কাস্টম সিস্টেম।
লেজার স্ট্যাবিলাইজেশন সিস্টেম প্রোটোটাইপ
ফ্রিকোয়েন্সি সংশ্লেষণ এবং ফেজ-সংবেদনশীল সনাক্তকরণের কারণে এমপ্লিফায়ারগুলিতে ডিজিটাল লকগুলি তাদের অ্যানালগ সমকক্ষগুলির তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি নির্ভুল (চিত্র দেখুন. 1)৷ ডিজিটাল বাস্তবায়ন জটিলতা অতিরিক্ত হওয়া সত্ত্বেও, বৃহত্তর নমনীয়তা এবং মাপযোগ্যতা প্রদান করে। এনালগ ডিভাইস ডিজাইন করার সময়, এনালগ ইলেকট্রনিক্সের সীমাবদ্ধতার কারণে কিছু ত্রুটি প্রশমিত করা কঠিন।
কোয়ান্টাম অপটিক্স গবেষকরা জটিল ফিডব্যাক নেটওয়ার্ক তৈরি করতে ডিজিটাল সিগন্যাল প্রসেসিং ব্যবহার করুক বা বিশ্ববিদ্যালয়ের ল্যাবরেটরিগুলি শিক্ষার্থীদের লেজার পদার্থবিজ্ঞানের নীতিগুলি শেখায়, এই লেজার স্থিতিশীলতা সিস্টেমগুলি তাদের অ্যানালগ প্রতিরূপগুলির থেকে স্পষ্টভাবে উচ্চতর।
একটি কার্যকর সিস্টেম তৈরি করতে, ব্যক্তিদের উচিত অগোছালো, পুরানো হার্ডওয়্যার থেকে স্মার্ট, নমনীয় সফ্টওয়্যারের দিকে সরে যাওয়া। প্রোটোটাইপ করার সময়, প্রতিক্রিয়ার সময় এবং ত্রুটি সংকেত স্থিতিশীলতার ভারসাম্য বজায় রাখতে তাদের অবশ্যই ফিল্টারের সময় যতটা সম্ভব সংক্ষিপ্ত করতে হবে। স্টেবিলাইজেশন ফিডব্যাক লুপ অবশ্যই লেজারের ড্রিফটের চেয়ে দ্রুত হতে হবে।
পরিমাপে একটি ভাল লক- একটি সর্বোত্তম রেফারেন্স সিগন্যালের উপর ভিত্তি করে। একটি বাহ্যিক রেফারেন্স ব্যবহার করার সময়, তাদের অবশ্যই নিশ্চিত করতে হবে যে ফ্রিকোয়েন্সিটি ভালভাবে সংজ্ঞায়িত এবং ফেজ শব্দ মুক্ত। সামনে কিছু গুণমান নিশ্চিতকরণ ব্যবস্থা পরিচালনা করার পরে, তাদের সিস্টেম বেশিরভাগ লেগওয়ার্ক পরিচালনা করবে। যদি সামঞ্জস্যের প্রয়োজন হয়, এটি কোডের একটি লাইন পরিবর্তন করার মতোই সহজ।
ডিজিটাল বাস্তবায়নের দিকে শিফট করুন
একটি লেজারকে স্থিতিশীল করার জন্য যথেষ্ট শব্দের মাধ্যমে একটি খুব দুর্বল ত্রুটি সংকেত সনাক্ত করা প্রয়োজন। অ্যামপ্লিফায়ারে একটি লক-এটি এক্সট্র্যাক্ট করতে পারদর্শী, কিন্তু সবগুলো সমানভাবে তৈরি হয় না। একটি ডিজিটাল, সফ্টওয়্যার-সংজ্ঞায়িত প্ল্যাটফর্ম ভারী, ব্যয়বহুল হার্ডওয়্যার প্রতিস্থাপন করে এবং প্রোটোটাইপিং এবং বাস্তবায়নকে দ্রুত, সস্তা এবং আরও নমনীয় করে তোলে (চিত্র দেখুন. 2)।
নির্ভুলতার অন্বেষণে, অ্যামপ্লিফায়ারে একসময়ের-প্রচলিত অ্যানালগ লক- এখন পুরানো। যদিও এখনও ব্যবহারযোগ্য, এর আধুনিক প্রতিরূপ স্পষ্টভাবে উচ্চতর। আপনি 1970 এর দশকের অ্যামপ্লিফায়ারগুলিতে এখনও অ্যানালগ লক- ব্যবহার করছেন বা আপনার প্রথম ডিজিটাল সিগন্যাল প্রসেসিং প্রকল্পে কাজ করছেন না কেন, আপনি সহজেই আপগ্রেডিংকে সমর্থন করতে পারেন৷
