스펙트럼 인스트루먼테이션(Spectrum Instrumentation), PXIe AWG 카드로 세슘 원자분수시계 제어 지원

등록시간 2026-09-23 13:33:06

PTB 원자시계 레이저 제어에 AWG 적용…측정 사이클에 맞춘 시퀀스 기능 개발Spectrum Instrumentation(스펙트럼 인스트루먼테이션)의 PXIe 형식 AWG(Arbitrary Waveform Generator) 카드가 독일 물리기술연구소(PTB)의 세슘 원자분수시계 제어 시스템에 적용됐다.PTB는 국제원자시(TAI) 확립을 위한 국제 시간 표준 체계에 참여하고 있으며, 세슘 원자분수시계 CSF1과 CSF2를 운용하고 있다. 두 시계는 국가 기준 시간 척도인 UTC(PTB)를 제어하며, 독일의 법정시각과 PTB의 시간 서비스에 활용된다.<img src="http://pimg.daara.co.kr/3dprinting/202609/1790133979_29.jpg" title="1790133979_29.jpg">PTB의 두 세슘 원자분수시계는 독일 연방공화국 전체에 법정시각을 제공한다.&nbsp;세슘 원자분수시계는 세슘-133 원자의 양자 상태를 이용해 시간을 측정한다. 초저온 상태로 냉각한 원자 구름을 위쪽으로 발사하고 Ramsey 마이크로파 공동을 두 차례 통과시킨 뒤, 형광 분광법을 통해 원자의 전이 상태를 측정하는 방식이다.&nbsp;<img src="http://pimg.daara.co.kr/3dprinting/202609/1790134075_68.jpg" title="1790134075_68.jpg" style="text-align:center;"><div style="text-align:center;align=center"></div><div style="text-align:center;line-height:1.8;">형광을 발하는 세슘 원자 구름을 보여주는 진공 챔버의 적외선 사진. (사진 제공:Mareike Bernien)</div>아날로그 회로에서 디지털 AWG 방식으로 전환이 과정에서는 원자의 냉각과 발사, 검출 등에 사용되는 레이저의 주파수를 정밀하게 제어해야 한다. PTB는 기존에 맞춤형 아날로그 회로를 사용했지만, 시스템 유지관리와 기술 변화에 대응하기 위해 디지털 방식으로 전환하는 작업을 진행했다.&nbsp;<img src="http://pimg.daara.co.kr/3dprinting/202609/1790134090_52.jpg" title="1790134090_52.jpg" style="text-align:center;"><div style="text-align:center;align=center"></div><div style="text-align:center;line-height:1.8;">24시간 연속으로 작동하는 세슘 원자분수시계를 점검하고 있는 Dr. Johannes Rahm. (사진 제공:PTB)</div> PTB 시간 및 주파수 부서의 Dr. Johannes Rahm은 이 과정에서 Spectrum Instrumentation의 PXIe 형식 AWG 카드를 시스템에 통합했다. AWG 카드는 음향광학 변조기를 구동하는 RF 신호를 생성해 원자의 냉각·발사·검출 과정에서 필요한 레이저 주파수 조절에 활용된다.다만 기존 AWG의 신호 생성 모드로는 원자분수시계의 측정 사이클에 필요한 파형 구성을 구현하기 어려웠다. 각 레이저가 사이클의 특정 시점에 맞춰 서로 다른 파형 세트를 필요로 했기 때문이다.&nbsp;<div style="text-align:center;align=center"><img src="http://pimg.daara.co.kr/3dprinting/202609/1790134106_92.jpg" title="1790134106_92.jpg"></div><div style="text-align:center;line-height:1.8;">PXIe 형식의 Spectrum M4x.6622 Arbitrary Waveform Generator 카드. (사진 출처:Spectrum) </div>이에 Dr. Rahm은 Spectrum Instrumentation 지원팀에 관련 기능을 요청했고, 소프트웨어 엔지니어들은 Sequence Restart Mode를 개발했다. 이 기능은 측정 사이클의 특정 시점에서 파형 시퀀스를 다시 시작할 수 있도록 구성됐으며, PTB의 테스트를 통해 실제 운용 조건에서 확인됐다.Spectrum Instrumentation은 이후 65xx 및 66xx 시리즈 AWG를 대상으로 Sequence Restart Mode를 무료 업그레이드 기능으로 제공하고 있다. 최신 드라이버를 설치하면 해당 기능을 사용할 수 있다.&nbsp;

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