MOKU系列综合电信号测量平台

基于灵活软件的强大测试解决方案 通过 Moku,您将可以通过单个基于 FPGA 的设备即时访问全套软件定义的仪器 — 从示波器和频谱分析仪等测试必备仪器到锁相放大器和激光锁频/稳频这类高级的工具类仪器,而且无需支付高昂的成本。 我们提供了三种高效的硬件平台可供选择,每一个都有独立的参数规格,为您的实验、教学或者任何需要测试的地方提供优越的测试性能、测试速度和灵活度。

基本信息
Moku:Pro - Liquid Instruments Moku:Lab - 液体仪器 Moku:Go - 液体仪器
Moku: Pro Moku: Lab Moku: Go
强大的硬件平台
适用于尖端科研
完整的解决方案
适用于科研实验室
灵巧的解决方案,适用于
教学和基础测试
600 MHz 输入带宽    200 MHz 输入带宽   30 MHz 输入带宽

 

四个模拟输入通道

ADC分辨率:10位+18位

采样率:最高5GSa/s

模拟带宽:600MHz

耦合:AC / DC

阻抗:50Ω/1MΩ

输入范围:±20 V

两个模拟输入通道

ADC分辨率:12位

采样率:500MSa/s

模拟带宽:200MHz

耦合:AC / DC

阻抗:50Ω/1MΩ

输入范围:±5 V

两个模拟输入通道

ADC分辨率:12位

采样率:125MSa/s

模拟带宽:30MHz

耦合:AC / DC

阻抗:1 MΩ

输入范围:±25 V

四个模拟输出通道

采样率: 1.25GSa/s

DAC分辨率:16位

模拟带宽:500MHz

输出范围:±5 V

阻抗:50Ω

两个模拟输出通道

采样率: 1GSa/s

DAC分辨率:16位

模拟带宽:300MHz

输出范围:±1 V

阻抗:50Ω

两个模拟输出通道

采样率: 125MSa/s

DAC分辨率:12位

模拟带宽:20MHz

输出范围:±5 V

阻抗:200Ω

数字I/O

专用TTL触发端口

数字I/O

专用TTL触发端口

数字I/O

16个数字通道@125MSa/s

支持 3.3 V (5 V 耐受) 逻辑电平

连接方式

无线热点(access point)

Wi-Fi、USB-C

以太网线

连接方式

无线热点(access point)

Wi-Fi、USB-mini

以太网线

连接方式

无线热点(access point)

Wi-Fi、USB-C

以太网线(M2)

应用软件和开发工具

Windows , iOS, MacOS应用程序

Python, LabVIEW 及MATLAB API

应用软件和开发工具

Windows, MacOS, iOS应用程序

Python, LabVIEW 及MATLAB API

应用软件和开发工具

Windows 或 MacOS应用程序

Python, LabVIEW 及MATLAB API

实时在线实验室管理系统

支持仪器功能

示波器

任意波形发生器

数据记录仪

频率响应分析仪

PID控制器

频谱分析仪

波形发生器

数字滤波器

FIR滤波器生成器

锁相放大器

相位计

激光锁频/稳频器

多仪器并行

云编译

支持仪器功能

示波器

任意波形发生器

数据记录仪

频率响应分析仪

PID控制器

频谱分析仪

波形发生器

数字滤波器

FIR滤波器生成器

锁相放大器

相位计

激光锁频/稳频器

多仪器并行

云编译

支持仪器功能

示波器 / 电压表

任意波形发生器

数据记录仪

频率响应分析仪

逻辑分析仪/码形发生器

PID控制器

频谱分析仪

波形发生器

数字滤波器

FIR滤波器生成器

可编程电源

锁相放大器

激光锁频/稳频器

多仪器并行

云编译

尺寸

33cm*44cm*7cm

尺寸

20cm*20cm*4.4cm

尺寸

13cm*24cm*3.8cm

 

无论何时,唾手可得

Moku 让您即时获得 13 种以上强大的仪器功能。无论何时,只需要简单通过软件下载并更新仪器配置选件,即可以获得最新的仪器功能。

数字时代的测试平台

MOKU系列综合电信号测量平台插图3在几分钟内配置您的测试系统, 而不是几天

MOKU系列综合电信号测量平台插图4无线软件互联并更新仪器 before后

MOKU系列综合电信号测量平台插图7在 13 种以上的仪器间无缝连接和切换

MOKU系列综合电信号测量平台插图8同时使用多种仪器

MOKU系列综合电信号测量平台插图9无线操控实验,在实验室中尽享自由

MOKU系列综合电信号测量平台插图10 小尺寸,大空间

     

                                                                     

 

 

 

锁相放大器

MOKU系列综合电信号测量平台插图

仪器特点 典型应用
 支持内部或外部、PLL( 锁相环 ) 解调模式 泵浦 - 探测 / 超快光谱
直观的数字信号链框图界面,内置示波器探测点用于信号监测和数据记录 激光扫描显微镜 (SRS, TA 等 )
双相解调 磁光克尔效应
内置 PID 控制器 激光频率稳定

 

Moku:Pro Moku:Lab Moku:Go
解调频率 1mHz~600MHz 1mHz~200MHz 1mHz~20MHz
输入噪声 在400 mVpp 输入范围

< 30 nV/√Hz, 10 Hz 处

< 200 nV/√Hz, 10kHz处

< 20 nV/√Hz, 1 MHz 处

30 nV/√Hz, 100 kHz处 3uV/√Hz, 100 kHz处
可调时间常数 12.8ns~0.215s 32ns~0.537s 128ns~2.15s
动态储备 >120 dB >120 dB >100 dB
数据采集采样率 10 MSa/s 250 kSa/s 1 MSa/s
滤波器斜率 6, 12, 18, 24 dB/Oct 6, 12, 18, 24 dB/Oct 6, 12, 18, 24 dB/Oct
激光锁频/稳频

MOKU系列综合电信号测量平台插图

仪器特点 典型应用
锁定激光频率至谐振腔或者原子迁跃,支持包括 PDH 锁频 , 外差偏置锁相锁频 , RF 锁频和抖动锁频 PDH(Pound-Drever-Hall)

技术稳频

“锁定辅助”功能,用户可以自定义带步骤的分阶段锁定过程来快速锁定到误差信号解调后的零交叉点 自定义锁相环
生成包含正向锯齿波 , 负向锯齿波 , 三角波扫描波形 引力波检测
内置的示波器便于观测信号处理过程中不同阶段的信号 闭环控制系统
内置 PID 控制器维持频率锁定 , 可以独立配置高低带宽 PID 控制器下的快慢反馈 精密光谱
内置 IIR 滤波器用于自定义滤波功能过滤解调后的信号

 

Moku:Pro Moku:Lab Moku:Go
解调频率 1mHz~600MHz 1mHz~200MHz 1mHz~20MHz
扫描频率 1mHz - 10MHz
滤波器截止频率可调范围 2.6kHz - 35.16MHz (二阶或四阶) 1kHz - 14MHz (二阶或四阶) 260.1Hz - 3.516MHz (二阶或四阶)
积分器穿越频率范围 3.125 Hz - 312.5 kHz

48.83 mHz - 4.883 kHz

1.25 Hz - 125 kHz

19.53 mHz - 1.953 kHz

312.5 mHz - 31.25 kHz

4.883 mHz - 488.3 Hz

外部PLL倍频 0.125X - 250X
本振输出频率 最高至600MHz 最高至200MHz 最高至20MHz
最大数据采集采样率 快照模式:1.25GSa/s

连续模式:10MSa/s

快照模式:500MSa/s

连续模式:250kSa/s

快照模式:125MSa/s

连续模式:1MSa/s

应用介绍

受激拉曼散射研究中锁相放大器的优化

受激拉曼散射(SRS)显微术 [1] 是一种广泛使用的、基于相干拉曼散射的无标记化学成像技术。虽然自发拉曼效应是弱散射过程,对于单个视野来说可能需要数小时的信号积分时间,但SRS等相干散射方法提供了一种高速的、非破坏性、无标记的成像技术。锁相放大器可以通过相敏检测从嘈杂的背景中提取极弱的SRS信号,在SRS显微术中发挥着至关重要的作用。

理解受激拉曼散射(SRS)

基本原理

SRS技术使用两台同步脉冲激光器——泵浦激光和斯托克斯激光——以相干方式激发样品中的分子振动模式。当两束激光之间的频率差与目标样品的振动频率相匹配时,就会发生SRS过程,此时泵浦光失去光子,这一现象被称为受激拉曼损失(SRL),而斯托克斯光获得光子。泵浦光的强度损失非常小,为了克服这一问题,需要一种高频调制和相敏检测技术来帮助从嘈杂的背景中成功提取这些微弱的信号。

研究人员可以通过使用多通道SRS锁相放大器来进一步提升检测能力。引入第三束激光并结合锁相放大器使得能够同时成像不同的光谱区域(图1),这对于活细胞成像和其他时间敏感的实验特别有用。

MOKU系列综合电信号测量平台插图

图1:小鼠脑切片的同时双通道SRS图像(左侧为脂质图像,对应2850 cm-1;右侧为蛋白质图像,对应2930 cm-1)。数据由Prof. Dan Fu研究团队提供。

锁相放大器在SRS中的应用原理

锁相放大器在SRS成像中特别适用,因为它允许研究人员放大特定调制频率的信号,即泵浦光或斯托克斯光的调制频率。结合出色的正交解调技术,可以进一步提高测量信号幅度和相位的灵敏度。用于SRS的锁相放大器还应包含数字滤波器来过滤噪声并衰减不需要的信号,以此增强测量的信噪比。

SRS锁相放大器具备的功能:

(1)调制传输检测:在 SRS 显微术中,泵浦光或斯托克斯光被高频调制,SRS锁相放大器检测到因SRS过程导致的调制传递到另一束光的现象,这对于提取弱信号的变化至关重要。

(2)双通道检测:Moku的多仪器并行模式允许用户部署多个锁相放大器,实现对来自不同光探测器的信号的同时解调而无需增加额外硬件。这对于涉及多个拉曼波段或使用不同分子振动模式成像的实验非常有帮助。

(3)相敏检测:具有双相位解调能力的 SRS 锁相放大器可以检测信号的相移,进而帮助区分 SRS 信号和其他噪声成分。

(4)信号增强:锁相放大器能够滤除不需要的频率并放大感兴趣的信号,即使它可能比背景噪声弱几个数量级。

(5)实验的灵活性:通过配置内部或外部的局部振荡器源,研究人员可以使锁相放大器适应各种实验设置和要求。例如,Moku 锁相放大器基于可重配置的 FPGA,允许用户轻松部署多达 12 种其他Moku内置的仪器。

SRS锁相放大器实验设置

如何将锁相放大器集成到您的SRS系统中

1.设置激光系统:泵浦光和斯托克斯光需要在时间和空间上重合才能激发SRS,且两束光的能量差应与要测量的拉曼频移相匹配。

2.调制光束:您可以调制泵浦或斯托克斯光中的任一个。例如,若调制泵浦光,SRS 过程将引起斯托克斯光强度增加,您可以在滤光片滤掉泵浦光后检测到这种变化,称为受激拉曼增益(SRG)检测。

3.在Moku多仪器并行模式中配置锁相放大器:这允许您部署多个锁相放大器进行同时检测。这对需要多个拉曼波段成像或使用多个光探测器的情况十分有用。

4.优化实验:在Moku 锁相放大器界面中调整相位差并优化信号。您可以最大化与感兴趣的拉曼频移相对应的信号,并最小化其正交信号以提高信噪比。

MOKU系列综合电信号测量平台插图1

图2:Moku锁相放大器输入端的阻抗和交流耦合设置

5.利用Moku内置的示波器和数据记录仪来监控信号,并记录数据进行进一步的分析和处理。

Moku锁相放大器的应用案例

华盛顿大学Prof. Dan Fu团队的SRS显微成像研究

华盛顿大学Prof. Dan Fu团队的研究人员使用Moku:Pro 锁相放大器来进行SRS生物样品的定量化学分析及成像,提供了有价值的光谱信息和代谢产物空间分部信息。

波士顿大学Prof. Ji-Xin Cheng团队的SRS显微成像研究

波士顿大学Prof. Ji-Xin Cheng团队的研究人员使用Moku:Lab 锁相放大器进行SRS高灵敏度成像实验。由于SRS过程中泵浦光的光强损失非常低,他们使用了高频调制和相敏检测来从嘈杂的背景中提取出SRS信号。

 

参考文献

[1] Freudiger, C. W., Min, W., Saar, B. G., Lu, S., Holtom, G. R., He, C., ... & Xie, X. S. (2008). Label-free biomedical imaging with high sensitivity by stimulated Raman scattering microscopy. Science, 322(5909), 1857-1861.

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