Sobre o desenvolvimento de um medidor de fase ultra-rápido baseado em RFSoC com largura de banda de GHz

Medições precisas da frequência e fase de um sinal elétrico ou óptico desempenham um papel fundamental em várias áreas da ciência e engenharia. O rastreamento de frequências de laser em mudança é especialmente exigente quando os próprios lasers são ruidosos ou se as frequências mudam rapidamente, pois codificam sinais altamente dinâmicos em, por exemplo, medição de distância Doppler ou leitura dinâmica de cavidade. Aqui, relatamos o desenvolvimento de um medidor de fase multi-canal com alta largura de banda de sinal (> 2 GHz) e alta largura de banda de rastreamento (2 MHz). A implementação utiliza um loop de fase bloqueado totalmente digital realizado dentro da parte de matriz de portas programáveis em campo (FPGA) de um Sistema de Radiofrequência em um Chip (RFSoC), a lógica programável. Apresentamos medições de desempenho, discutimos o papel da alta largura de banda de rastreamento para acompanhar sinais altamente dinâmicos e demonstramos o bloqueio de fase ultra-estável de uma nota de batimento entre dois lasers de diodo de cavidade externa amplamente sintonizáveis. Alcançamos um piso de ruído de fase no regime sub-mili radiano, mesmo para sinais GHz, e demonstramos o rastreamento estável de sinais com uma taxa de mudança de frequência de 240 GHz/s.