德思特Spectrum在2024年為其16位AWG系列推出了一種新的直接數(shù)字合成器 (DDS) 選項。DDS是一種從單個固定頻率參考時鐘生成周期波形的方法。德思特 Spectrum用于AWG的DDS選項使用多個“DDS內(nèi)核 ”生成多載波（多音調(diào)）信號，每個載波都有明確的頻率、振幅和相位。

DDS選項極大地減少了在單個輸出通道上生成一個或多個正弦波所需的復(fù)雜性和數(shù)據(jù)點數(shù)量。DDS選項是與量子研究人員直接合作開發(fā)的，特別是與Rymax One聯(lián)盟的團隊，以滿足現(xiàn)代量子研究的需求。在本應(yīng)用說明書中，我們將重點介紹如何使用全新的DDS選項進行量子研究項目。

左上角是一個安裝在PCIe卡槽中的德思特SpectrumAWG M4i.6622-x8。

中間是一個MiniCircuits的射頻放大器 (ZHL-5W-1)。

右下角是一個AA Opto Electronic的AOD (DTSX-400系列)。

代碼1：單一載波，幅度為滿量程的50%，頻率為10MHz。

當(dāng)AWG卡接收到觸發(fā)信號時，這段代碼會生成一個頻率為10 MHz、振幅為全范圍50%的正弦波。生成的信號如圖2所示，使用頻譜分析儀顯示（輸出范圍設(shè)置為±1000 mV）。

圖 2：使用AWG上的DDS固件生成的單個10 MHz，-2 dBm載波信號的頻譜。

圖3：一個典型的AWG驅(qū)動AOM/AOD的設(shè)置，用于生成N個頻率的光束。激光束經(jīng)過AOM衍射，產(chǎn)生N個光束。

德思特Spectrum AWG (M4i.66xx系列)生成一個包含20個音調(diào)的信號，用戶可以控制每個音調(diào)的頻率和幅度。該信號經(jīng)過射頻放大器（例如MiniCircuits ZHL-5W-1）放大后，發(fā)送到AOD（例如AA Opto Electronic DTSX-400系列）。穿過AOD的激光發(fā)生衍射，在第一級衍射中，現(xiàn)在有N個光束，用戶可以控制每個光束的角度和強度。

使用Python軟件包spcm，20個載波的編程非常簡單。在下面的代碼片段中，我們將展示這些音調(diào)是如何編程的。與之前一樣，我們用card對象和Channels對象初始化一個 DDS對象。然后重置DDS固件。使用NumPy和Pint單元包，我們創(chuàng)建了一個數(shù)組，其中包含從90到109MHz的數(shù)值，步長為1 MHz。然后，我們循環(huán)使用所有DDS核心（1個有效輸出通道的情況下為 20個），并設(shè)置每個通道的振幅和頻率。

代碼2：20個載波，頻率范圍為90至109 MHz，以1 MHz為步進單位。

生成的電信號如圖4所示。圖4展示了20個音調(diào)、頻率從90 MHz到109 MHz（步長為1 MHz）的多載波信號的能量頻譜。該圖來自我們的頻譜分析儀。橫軸是頻率軸，范圍從87.5 MHz到112.5 MHz，記錄分辨帶寬（RBW）為1 kHz。縱軸是信號在50歐姆負載上的功率頻譜。我們可以看到，共有20個載波。

圖4. 頻率從90 MHz到109 MHz（步長為1 MHz）的20個音調(diào)多載波信號的能量頻譜。

當(dāng)將此信號（請始終從非常低的功率開始，以免損壞晶體）發(fā)送到AOD時，穿過晶體的激光束會被衍射，衍射后的第一級衍射圖案在透鏡之后如圖5所示。這些光束中的每一個都可以移動（改變載波頻率）和/或變亮或變暗（改變載波振幅）。例如，如果原子被困在這些光束的中心，改變單個載波的頻率會使原子移動。

圖6展示了改變射頻信號載波頻率的一個例子。圖像顯示了隨時間變化的功率密度圖（實時頻譜分析）。圖的頂部部分對應(yīng)于 t = 0 秒時的信號，底部對應(yīng)于 15 秒后的信號。我們從 20 個載波開始，大約 3 秒后關(guān)閉了 9 個載波，并將剩余的載波在原始頻率網(wǎng)格上移動到一起。此過程對中性原子量子計算機非常有用，因為每個載波都對應(yīng)一個光鑷。想象一下，在加載原子之后，光鑷 2、5、6、8、12、13、15、17、20 是空的。我們可以關(guān)閉這些載波（線條停止），并使用 S 形坡道將包含原子（1、3、4、7、9、10、11、14、16、18、19）的光鑷移動到一起，以最小化原子移動造成的加熱。