Python Red Pitaya Lockbox (PyRPL): An open source software package for digital feedback control in quantum optics experiments

计算机科学 现场可编程门阵列 软件 Python(编程语言) 计算机硬件 电子工程 工程类 程序设计语言 操作系统
作者
Leonhard Neuhaus,M. Croquette,Rémi Metzdorff,S. Chua,P.-E. Jacquet,Alexandre Journeaux,A. Heidmann,T. Briant,T. Jacqmin,P.-F. Cohadon,S. Deléglise
出处
期刊:Review of Scientific Instruments [American Institute of Physics]
卷期号:95 (3) 被引量:7
标识
DOI:10.1063/5.0178481
摘要

We present the Python Red Pitaya Lockbox (PyRPL), an open source software package that allows the implementation of automatic digital feedback controllers for quantum optics experiments on commercially available, affordable Field-Programmable Gate Array (FPGA) boards. Our software implements the digital generation of various types of error signals, from an analog input through the application of loop filters of high complexity and real-time gain adjustment for multiple analog output signals, including different algorithms for resonance search, lock acquisition sequences, and in-loop gain optimization. Furthermore, all necessary diagnostic instruments, such as an oscilloscope, a network analyzer, and a spectrum analyzer, are integrated into our software. Apart from providing a quickly scalable, automatic feedback controller, the lock performance that can be achieved by using PyRPL with imperfect equipment, such as piezoelectric transducers and noisy amplifiers, is better than the one achievable with standard analog controllers due to the higher complexity of implementable filters and possibilities of nonlinear operations in the FPGA. This drastically reduces the cost of added complexity when introducing additional feedback loops to an experiment. The open-source character also distinguishes PyRPL from commercial solutions, as it allows users to customize functionalities at various levels, ranging from the easy integration of PyRPL-based feedback controllers into existing setups to the modification of the FPGA functionality. A community of developers provides fast and efficient implementation and testing of software modifications.

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