采集扫描模式是建立长距离、自由空间激光链路的一个重要方面，例如GRACE Follow-On中的激光链路。在整个询问区域需要进行恒定密度扫描，这通常会导致使用任意的波形模式。我们在MATLAB中创建了一个恒定密度的螺旋式扫描模式，然后通过SD卡将其导入Moku:Lab的任意波形发生器。然后我们用它来驱动一个快速转向镜，用螺旋扫描模式将可见的红色激光转向投影仪屏幕。这表明Moku:Lab有能力产生任意复杂的波形，可用于自由空间激光链接的采集扫描模式。
MokuLab任意波形发生器
用于二维任意波束转向的双通道同步图案生成
本应用说明解释了Moku:Lab如何使用任意波形发生器仪器，利用从.CSV文件导入的数据产生波形模式。波形被用来在X和Y平面上引导激光束，以创建类似于GRACE后续任务所用的扫描模式。
Moku:Lab的任意波形发生器可以在125MSa/s的采样率下生成多达65,536点的自定义波形。波形可以从文件中加载，也可以作为多达32段的片状数学函数输入，使您能够生成真正的任意波形。在脉冲模式下，输出的波形在脉冲之间有超过250,000个周期的死区时间，使你能够在较长的时间内以固定的间隔用任意的波形激励你的系统。
许多应用都需要二维激光扫描图案，如显微镜、远距离自由空间干涉测量和LiDAR。2018年，GRACE Follow-On任务在两个绕地球运行的航天器上使用两束激光，相距200公里，建立了第一个航天器间激光干涉仪。GRACE Follow-On干涉仪能够测量航天器分离的亚微米级变化。在建立联系之前，激光器必须通过扫描5维空间来找到对方；每个激光束的尖端和倾斜度，以及激光器的频率差。LISA引力波探测器可能需要类似的采集扫描，也需要相干的自由空间激光通信和光量子密钥分配链接，例如从地面到太空。
本应用说明将介绍如何使用Moku:Lab的任意波形发生器制作复杂的二维扫描图案。第一部分展示了如何将AWG波形加载到Moku:Lab，以便在X-Y模式下在示波器上进行可视化。第二部分增加了一个快速转向镜和一个激光系统，以产生适合采集系统的任意扫描模式。
Moku:Lab的任意波形发生器可以从预设的波形、输入方程或从文件中导入的点生成双通道自定义模式。支持从1mHz到125MHz的输出频率。脉冲输出可以配置为脉冲之间有高达250,000个周期的死区时间。
预设波形包括正弦波、高斯波、指数上升、指数下降、sinc和 cardiac。方程模式支持来自复杂的片断函数的多达32个片段。
在这个应用中，我们使用任意波形发生器的自定义模式，从存储在SD卡上的.CSV文件中加载波形点。存储的波形的最大长度取决于所需的输出速率。在125MSa/s时，你的波形最多可以有65,536个点，在1GS/s时最多可以有8192个点。
我们在这个应用中测试的扫描模式是一个恒定密度的螺旋式扫描。当在二维空间上进行扫描时，重要的是要确保每个点以相同的扫描密度进行询问，并且在每个点上停留的时间是相同的。
图1：非恒定密度扫描与恒定密度模式对比
通过线性增加振幅作为时间的函数而产生的螺旋形扫描，将导致扫描点之间的距离随着振幅的增加而增加。这是因为对于一个给定的半径，围绕圆的采样点的数量是恒定的。相反，我们需要的是一种扫描，其频率随着振幅的增加而减少，这样，无论振幅如何，都有一个恒定的密度和停留时间（见图1）。
我们在MATLAB中创建了一个恒定密度的扫描模式，并将X和Y坐标以.CSV格式保存到SD卡中。使用Moku:Lab的任意波形发生器，我们随后导入文件并在输出通道1和通道2上生成这些X和Y位置指令（图2）。注意使用SD卡不是导入所需波形的唯一方法--通过Dropbox、电子邮件或iPad的 "我的文件 "上传文件也可以使用。
图2： 使用Moku:Lab的任意波形发生器配置输出通道以驱动X和Y位置坐标
图3：Moku:Lab的示波器在XY模式下，确认螺旋扫描模式的输出。
为了确认任意波形发生器在10Hz和2V的条件下正确地生成图案，我们用第二个Moku:Lab在XY模式下运行示波器（图3）。
采集扫描模式是建立远距离自由空间激光链接的一个组成部分。为了证明我们的螺旋扫描模式是一个潜在的链路采集平台，我们建立了一个简单的光束转向系统，Moku:Lab使用任意波形发生器对光束进行转向。
对于光束转向，我们使用了纽波特FSM-300快速转向镜。它可以提供模拟的±10 V信号，分别控制镜子在X和Y平面上的尖端和倾斜。由于Moku:Lab的输出范围是±1 V，我们在每个通道上使用两个放大器来增加驱动信号的振幅（图4）。我们这样做是为了使我们能够在最大的转向范围内驱动转向镜，使我们的扫描区域最大化。
图4：显示Moku:Lab为快速转向镜生成X和Y扫描模式的设置图
我们在实验室的一个光学台上设置了这些部件（图5），并将一个投影仪屏幕放在离转向镜约5米远的地方。
图5：实验装置
快速转向镜的模拟带宽高达约2 kHz。请注意，我们生成的螺旋形扫描图案并不是在同一地点开始/结束的--有一条明显的直线将螺旋形的内侧和外侧连接起来。这种方向的急剧变化导致了明显高于螺旋扫描频率的谐波。当我们以3赫兹或更高的频率进行扫描时，直线开始弯曲，因为急转弯所需的高次谐波超出了转向镜的带宽。
我们用单反相机拍摄了一张1赫兹的扫描模式的照片（图6）。
图6：在投影仪屏幕上看到的扫描模式
采集扫描模式是建立长距离、自由空间激光链路的一个重要方面，例如GRACE Follow-On中的激光链路。在整个询问区域需要进行恒定密度扫描，这通常会导致使用任意的波形模式。我们在MATLAB中创建了一个恒定密度的螺旋式扫描模式，然后通过SD卡将其导入Moku:Lab的任意波形发生器。然后我们用它来驱动一个快速转向镜，用螺旋扫描模式将可见的红色激光转向投影仪屏幕。这表明Moku:Lab有能力产生任意复杂的波形，可用于自由空间激光链接的采集扫描模式。
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