Jednofotonový detekční modul Thorlabs SPDMA

Informace o produktu

• Název produktu: Jednofotonový detektor SPDMA
• Výrobce: Thorlabs GmbH
• Verze: 1.0
• Datum: 08. prosince - 2021

Obecné informace
Thorlabs's SPDMA Single Photon Detector je navržen pro optické měřicí techniky. Využívá chlazenou křemíkovou lavinovou fotodiodu, která se specializuje na rozsah vlnových délek od 350 do 1100 nm, s maximální citlivostí na 600 nm. Detektor převádí příchozí fotony na pulzní signál TTL, který může být viewna osciloskopu nebo připojené k externímu čítači přes SMA připojení. SPDMA je vybaven integrovaným prvkem Thermo Electric Cooler (TEC), který stabilizuje teplotu diody a snižuje četnost zatemnění. To umožňuje vysokou účinnost detekce fotonů a umožňuje detekci úrovní výkonu až do fW. Dioda také obsahuje aktivní zhášecí obvod pro vysoké četnosti impulzů. Výstupní signál lze optimalizovat pomocí šroubu pro nastavení zisku.

Detektor může být externě spouštěn pomocí signálu TTL Trigger IN pro výběr časového rámce pro detekci jednotlivých fotonů. Optické vyrovnání usnadňuje poměrně velká aktivní plocha diody, která má průměr 500 mm. Dioda je z výroby zarovnána tak, aby byla soustředná se vstupní clonou, což zajišťuje vysoce kvalitní výkon. SPDMA je kompatibilní s tubusy Thorlabs 1” a Thorlabs 30 mm Cage System, což umožňuje flexibilní integraci do optických systémů. Lze jej namontovat do metrických nebo imperiálních systémů pomocí montážních otvorů s kombinovaným závitem 8-32 a M4. Produkt obsahuje spojku SM1T1 SM1, která přizpůsobuje vnější závit vnitřnímu závitu, spolu s pojistným kroužkem SM1RR a opakovaně použitelnou ochrannou plastovou krytkou.

Návod k použití produktu
Montáž

1. Identifikujte vhodný montážní systém pro vaše nastavení (metrický nebo britský).
2. Zarovnejte SPDMA s montážními otvory zvoleného systému.
3. Bezpečně upevněte SPDMA pomocí vhodných šroubů nebo šroubů.

Nastavení

1. Připojte SPDMA ke zdroji napájení podle dodaných specifikací.
2. V případě potřeby připojte k přípojce SMA osciloskop nebo externí čítač pro monitorování výstupního pulzního signálu.
3. Pokud používáte externí spoušť, připojte signál TTL Trigger IN k příslušnému vstupnímu portu na SPDMA.
4. Ujistěte se, že je teplota diody stabilizovaná tím, že ponechejte dostatek času, aby prvek Thermo Electric Cooler (TEC) dosáhl své provozní teploty.
5. Proveďte potřebná nastavení zisku pomocí šroubu pro nastavení zisku pro optimalizaci výstupního signálu.

Princip fungování
SPDMA funguje tak, že převádí příchozí fotony na pulzní signál TTL pomocí chlazené křemíkové lavinové fotodiody. Aktivní zhášecí obvod integrovaný do diody umožňuje vysoké četnosti impulzů. Signál TTL Trigger IN lze použít k externímu spuštění detekce jednotlivých fotonů v určitém časovém rámci.
Poznámka: Vždy si přečtěte uživatelskou příručku a bezpečnostní pokyny poskytnuté společností Thorlabs GmbH, kde najdete podrobné informace o odstraňování problémů, technické údaje, grafy výkonu, rozměry, bezpečnostní opatření, certifikace a shody, záruku a kontaktní údaje výrobce.

Naším cílem je vyvíjet a vyrábět nejlepší řešení pro vaše aplikace v oblasti optických měřicích technik. Abychom mohli naplnit vaše očekávání a neustále zlepšovat naše produkty, potřebujeme vaše nápady a návrhy. My a naši mezinárodní partneři se na vás těšíme.

Varování
Části označené tímto symbolem vysvětlují nebezpečí, která mohou způsobit zranění nebo smrt. Před provedením uvedeného postupu si vždy pečlivě přečtěte související informace

Pozor
Odstavce, kterým předchází tento symbol, vysvětlují nebezpečí, která by mohla poškodit přístroj a připojená zařízení nebo způsobit ztrátu dat. Tato příručka také obsahuje „POZNÁMKY“ a „POKYNY“ napsané v této podobě. Přečtěte si prosím pozorně tuto radu!

Obecné informace

Thorlabs's SPDMA Single Photon Detector využívá chlazenou křemíkovou lavinovou fotodiodu, specializovanou pro rozsah vlnových délek od 350 do 1100 nm s maximální citlivostí při 600 nm. Přicházející fotony jsou v detektoru přeměněny na TTL puls. Připojení SMA nabízí přímý výstupní pulzní signál z modulu, který může být viewed na osciloskopu nebo připojený k externímu čítači. Integrovaný prvek Thermo Electric Cooler (TEC) stabilizuje teplotu diody, aby se snížil počet tmavých impulzů. Nízký počet temných impulzů a vysoká účinnost detekce fotonů umožňují detekci úrovní výkonu až do fW. Aktivní zhášecí obvod integrovaný do diody SPDMA umožňuje vysoké četnosti impulzů. Výstupní signál lze dále optimalizovat průběžným nastavením pomocí šroubu pro nastavení zisku. Pomocí signálu TTL Trigger IN lze SPDMA externě spouštět pro výběr časového rámce pro detekci jednotlivých fotonů. Optické vyrovnání zjednodušuje poměrně velká aktivní plocha diody o průměru 500 mm. Dioda je z výroby aktivně vyrovnána, aby byla soustředná se vstupní clonou, což přispívá k vysoké kvalitě tohoto zařízení. Pro flexibilní integraci do optických systémů, SPDMA pojme jakékoli tubusy Thorlabs 1” a také Thorlabs 30 mm Cage System. SPDMA lze namontovat do metrických nebo imperiálních systémů díky montážním otvorům s kombinovaným závitem 8-32 a M4. Výrobek obsahuje spojku SM1T1 SM1, která přizpůsobuje vnější závit vnitřnímu závitu a drží pojistný kroužek SM1RR a opakovaně použitelnou ochrannou plastovou krytku. Další výhodatagTo znamená, že SPDMA nemůže být poškozeno nežádoucím okolním světlem, což je pro mnoho fotonásobičů kritické.

Pozor
Všechny bezpečnostní informace a varování týkající se tohoto produktu naleznete v kapitole Bezpečnost v Dodatku.

Objednací kódy a příslušenství

SPDMA Single-Photon Detector, 350 nm – 1100 nm, průměr aktivní oblasti 0.5 mm, montážní otvory pro kombinované závity, kompatibilní se závity 8-32 a M4

Zahrnuté příslušenství

• Napájení (±12 V, 0.3 A / 5 V, 2.5 A)
• Plastová krytka (položka č. SM1EC2B) na přiložené spojce SM1T1 SM1 s pojistným kroužkem SM1RR SM1.

Volitelné příslušenství

• Veškeré vnitřní nebo vnější závitové příslušenství Thorlabs SM1 (1.035″-40) je kompatibilní s SPDMA.
• 30mm Cage System lze namontovat na SPDMA.
• Navštivte naši domovskou stránku http://www.thorlabs.com pro různé příslušenství, jako jsou adaptéry vláken, sloupky a držáky sloupků, datové listy a další informace.

Začínáme

Seznam dílů
Zkontrolujte prosím přepravní obal, zda není poškozený. Neprořezávejte karton, protože krabice může být potřebná pro skladování nebo vrácení. Pokud se zdá, že přepravní obal je poškozený, uschovejte jej, dokud nezkontrolujete úplnost obsahu a nevyzkoušíte SPDMA mechanicky a elektricky. Ověřte, že jste v balíčku obdrželi následující položky:

SPDMA Single Photon Detector
Plastová krytka (položka # SM1EC2B) na spojce SM1T1-SM1 s SM1RR-SM1

Pojistný kroužek
Napájecí zdroj (±12V, 0.3 A / 5 V, 2.5 A) s napájecím kabelem, konektor podle země objednávky

Rychlá reference

Návod k obsluze
Provozní prvky

Montáž
Montáž SPDMA na optický stůl Namontujte SPDMA na optický sloupek pomocí jednoho ze tří montážních otvorů se závitem na levé a pravé straně a na spodní straně zařízení. Otvory se závitem s kombinovaným závitem akceptují závity 8-32 i M4, takže je možné použít imperiální nebo metrické trny TR.

Montáž externí optiky
Zákaznický systém lze připevnit a vyrovnat pomocí vnějšího závitu SM1 nebo 4-40 montážních otvorů pro 30mm klecový systém. Polohy jsou uvedeny v části Ovládací prvky. Vnější závit SM1 pojme adaptéry Thorlabs se závitem SM1 (1.035″-40), které jsou kompatibilní s libovolným počtem 1” příslušenství se závitem Thorlabs, jako je externí optika, filtry, clony, adaptéry pro vlákna nebo tubusy čoček. SPDMA se dodává se spojkou SM1T1 SM1, která přizpůsobuje vnější závit vnitřnímu závitu SM1. Ochranný kryt drží pojistný kroužek ve spojce. V případě potřeby odšroubujte spojku. Pro příslušenství navštivte naše webnebo kontaktujte společnost Thorlabs.

Nastavení
Po montáži SPDMA nastavte detektor následovně:

1. Zapněte SPDMA pomocí přiloženého napájecího zdroje.
2. Zapněte SPDMA pomocí přepínacího tlačítka na boku nástroje.
3. Zatlačením na kryt stavové LED zobrazíte stav:
4.  Červená: LED bude zpočátku svítit červeně po připojení k napájení, aby signalizovala toto připojení a nutnost počkat, dokud detektor nedosáhne provozní teploty.
5. Během několika sekund se dioda ochladí a stavová LED se rozsvítí zeleně. Stavová LED se vrátí do červené, když je teplota diody příliš vysoká. Pokud LED svítí červeně, není na pulzní výstup vysílán žádný signál.
6. Zelená: Detektor je připraven k provozu. Dioda má provozní teplotu a signál přichází na pulzní výstup.

Poznámka
Stavová LED se rozsvítí červeně, kdykoli je provozní teplota příliš vysoká. Zajistěte dostatečné větrání. Zatlačte kryt zpět před stavovou LED, aby světlo LED nerušilo měření. Chcete-li zvýšit účinnost detekce fotonů, otočte šroubem pro nastavení zisku pomocí drážkového šroubováku (1.8 až 2.4 mm, 0.07″ až 3/32″). Více informací o zesílení naleznete v kapitole Princip fungování. Použijte Minimální zisk, když je kritický nízký počet tmavých tónů. To přichází za cenu nízké účinnosti detekce fotonů. Použijte Maximum Gain, když je žádoucí nasbírat maximální počet fotonů. To přichází za cenu vyššího počtu tmavých míst. Protože se doba mezi detekcí fotonu a výstupem signálu mění s nastavením zisku, přehodnoťte prosím tento parametr po změně nastavení zisku.

Poznámka
„Trigger In“ a „Pulse Out“ mají impedanci 50 W. Ujistěte se, že zdroj spouštěcích impulzů je schopen pracovat se zátěží 50 W a že zařízení připojené k „Pulse Out“ pracuje se vstupní impedancí 50 W.

Princip fungování
Thorlabs SPDMA používá křemíkovou lavinovou fotodiodu (Si APD), provozovanou v opačném směru a předpětí mírně za práh průrazu obj.tage VBR (viz diagram níže, bod A), také známý jako lavina objtagE. Tento provozní režim je také známý jako „Geigerův režim“. APD v Geigerově režimu zůstane v metastabilním stavu, dokud nedorazí foton a nevygeneruje volné nosiče náboje v PD spojení. Tyto nosiče s volným nábojem spustí lavinu (bod B), která vede k významnému proudu. Aktivní zhášecí obvod integrovaný do APD omezuje proud přes APD, aby se zabránilo zničení a snižuje objem předpětí.tage pod rozpisem svtage VBR (bod C) ihned poté, co foton uvolnil lavinu. To umožňuje vysokou četnost impulzů s mrtvým časem mezi odpočítáváním až po specifikovaný mrtvý čas při maximálním zesílení. Poté byla zaujatost svtage je obnoveno.

Během doby zhášení, která je známá jako mrtvá doba diody, je APD necitlivá na jakékoli další přicházející fotony. Spontánně spuštěné laviny jsou možné, když je dioda v metastabilním stavu. Pokud se tyto spontánní laviny vyskytují náhodně, nazývají se tmavé počty. Integrovaný prvek TEC stabilizuje teplotu diody pod okolní teplotu, aby se snížil počet tmavých impulzů. To eliminuje potřebu ventilátoru a zabraňuje mechanickým vibracím. V případě, že spontánně spuštěné laviny jsou v časové korelaci s impulsem způsobeným fotonem, nazývá se to následný impuls.
Poznámka
Kvůli vlastnostem APD nemohou být detekovány všechny jednotlivé fotony. Důvody jsou vnitřní mrtvý čas APD během zhášení a nelinearita LAPD.

Úprava zisku
Pomocí seřizovacího šroubu zesílení se přetlaktage nad členění t. zvtage lze nastavit na SPDMA. To zvyšuje účinnost detekce fotonů, ale také počet temných impulzů. Uvědomte si prosím, že pravděpodobnost následného pulzování mírně stoupá s vyšším nastavením zisku a že úprava zisku také ovlivňuje dobu mezi detekcí fotonu a výstupem signálu. Mrtvý čas se zvyšuje s klesajícím ziskem.

Blokový diagram a Trigger IN

Proudový impuls generovaný příchozím fotonem prochází obvodem pro tvarování impulsů, který zkracuje dobu trvání impulsu TTL na výstupu APD. Na svorce „Pulse Out“ je přiveden signál z tvarovače pulzů, takže lze počítat viewed na osciloskopu nebo registrován externím čítačem. V nepřítomnosti Triggeru je brána zavřená a umožňuje signál ven. Zisk mění zaujatost (overvoltage) na APD. Předpětí je fyzicky vedeno aktivním zhášecím prvkem, ale neovlivňuje aktivní zhášení.

Spouštěč TTL
TTL Trigger umožňuje selektivní aktivaci pulzního výstupu: Při vysokém Trigger Input (uvedeném v Technických datech) signál dorazí na Pulse Out. Toto je výchozí hodnota, kdykoli není použit žádný externí signál TTL jako spouštěcí signál Kdykoli je použit vstupní signál spouštění TTL, výchozí vstup TTL musí být „Nízký“. Signál z detekce fotonů je odeslán do Pulse Out jako Trigger Input voltage se přepne na „Vysoká“. Signály High a Low jsou specifikovány v části Technické údaje.
Poznámka
„Trigger In“ a „Pulse Out“ mají impedanci 50 W. Ujistěte se, že zdroj spouštěcích impulzů je schopen pracovat se zátěží 50 W a že zařízení připojené k „Pulse Out“ pracuje se vstupní impedancí 50 W.

Údržba a servis

Chraňte SPDMA před nepříznivými povětrnostními podmínkami. SPDMA není voděodolný.

Pozor
Abyste zabránili poškození přístroje, nevystavujte jej sprejům, kapalinám nebo rozpouštědlům! Jednotka nevyžaduje pravidelnou údržbu ze strany uživatele. Neobsahuje žádné moduly a/nebo komponenty, které by mohl uživatel opravit. Pokud dojde k poruše, kontaktujte společnost Thorlabs a vyžádejte si pokyny pro vrácení. Neodstraňujte kryty!

Odstraňování problémů

Indikace přehřátí APD Obvod regulace teploty rozpoznal, že skutečná teplota APD překročila nastavenou hodnotu. Za normálních provozních podmínek by k tomu nemělo dojít ani po dlouhodobém provozu. Zvýšení nad limity specifikovaného rozsahu provozních teplot nebo nadměrné tepelné záření na detektoru však může způsobit upozornění na přehřátí. Stavová LED se rozsvítí červeně, aby signalizovala přehřátí. Zajistěte dostatečné proudění vzduchu kolem zařízení nebo zajistěte externí pasivní chlazení

Dodatek
Technická data
Všechny technické údaje jsou platné při 45 ± 15 % rel. vlhkost (nekondenzující).

1. Výchozí hodnota při nepřítomnosti signálu TTL je > 2 V, což umožňuje signál na pulzní výstup. Chování detektoru není definováno mezi 0.8 V a 2 V.
2. Nekondenzující

Definice
K aktivnímu zhášení dochází, když rychlý diskriminátor zaznamená strmý nástup lavinového proudu uvolněného fotonem a rychle sníží předpětí obj.tage, takže je na chvíli pod rozpisem. Vychýlení se pak vrátí na hodnotu nad objemem rozpadutage v přípravě na detekci dalšího fotonu. Afterpulsing: Během laviny mohou být některé nálože uvězněny uvnitř oblasti vysokého pole. Když se tyto nálože uvolní, mohou spustit lavinu. Tyto falešné události se nazývají následné impulsy. Životnost těchto zachycených nábojů je řádově 0.1 μs až 1 μs. Je tedy pravděpodobné, že následný impuls nastane přímo po signálním impulsu.

Dead Time je časový interval, který detektor stráví ve stavu zotavení. Během této doby je účinně slepý vůči přicházejícím fotonům. Dark Count Rate: Toto je průměrná četnost registrovaných impulzů v nepřítomnosti jakéhokoli dopadajícího světla a určuje minimální četnost počtu impulzů, při které je signál dominantně způsoben skutečnými fotony. Události falešné detekce jsou většinou tepelného původu a lze je proto silně potlačit použitím chlazeného detektoru. Geigerův režim: V tomto režimu je dioda provozována mírně nad prahovou hodnotou průrazu objtagE. Jediný pár elektron-díra (generovaný absorpcí fotonu nebo tepelnou fluktuací) tedy může spustit silnou lavinu. Gain Adjustment Factor: Toto je faktor, kterým lze zesílení zvýšit. Saturace APD: Počet fotonů pomocí APD není přesně lineárně úměrný dopadajícímu optickému CW výkonu; odchylka plynule narůstá s rostoucí optickou mohutností. Tato nelinearita vede k nesprávnému počtu fotonů při vysokých úrovních vstupního výkonu. Při určité úrovni vstupního výkonu se počet fotonů začne dokonce snižovat s dalším nárůstem optického výkonu. Každý dodaný SPDMA je testován na vhodné chování sytosti, aby se podobalo tomuto příkladuample.

Plochy výkonu
Typická účinnost detekce fotonů

Pulzní výstupní signál

Dimenze

Bezpečnost
Za bezpečnost jakéhokoli systému obsahujícího zařízení je odpovědný montér systému. Všechna prohlášení týkající se bezpečnosti provozu a technických údajů v tomto návodu k obsluze platí pouze tehdy, když je jednotka provozována správně tak, jak byla navržena. SPDMA nesmí být provozováno v prostředí s nebezpečím výbuchu! Nezakrývejte žádné větrací otvory v krytu! Neodstraňujte kryty ani neotevírejte skříň. Uvnitř nejsou žádné díly opravitelné uživatelem! Toto přesné zařízení je provozuschopné pouze v případě, že je vráceno a řádně zabaleno do kompletního originálního obalu včetně kartonových vložek. V případě potřeby požádejte o náhradní obal. Svěřte servis kvalifikovanému personálu! Bez písemného souhlasu Thorlabs nelze na tomto zařízení provádět změny ani používat komponenty nedodané společností Thorlabs.

Pozor
Před připojením napájení k SPDMA se ujistěte, že ochranný vodič 3vodičové síťové šňůry je správně připojen k ochrannému zemnicímu kontaktu zásuvky! Nesprávné uzemnění může způsobit úraz elektrickým proudem s poškozením vašeho zdraví nebo dokonce smrtí! Všechny moduly smí být provozovány pouze s řádně stíněnými připojovacími kabely.

Pozor
Následující prohlášení platí pro produkty zahrnuté v této příručce, pokud zde není uvedeno jinak. Prohlášení pro ostatní produkty bude uvedeno v příslušné průvodní dokumentaci.
Poznámka
Toto zařízení bylo testováno a bylo zjištěno, že vyhovuje limitům pro digitální zařízení třídy B podle části 15 pravidel FCC a splňuje všechny požadavky kanadské normy pro zařízení způsobující rušení ICES-003 pro digitální zařízení. Tyto limity jsou navrženy tak, aby poskytovaly přiměřenou ochranu před škodlivým rušením při domácí instalaci. Toto zařízení generuje, používá a může vyzařovat vysokofrekvenční energii a pokud není nainstalováno a používáno v souladu s pokyny, může způsobovat škodlivé rušení rádiové komunikace. Nelze však zaručit, že při konkrétní instalaci k rušení nedojde. Pokud toto zařízení způsobuje škodlivé rušení rádiového nebo televizního příjmu, což lze zjistit vypnutím a zapnutím zařízení, doporučujeme uživateli, aby se pokusil napravit rušení jedním nebo více z následujících opatření:

• Přeorientujte nebo přemístěte přijímací anténu.
• Zvětšete vzdálenost mezi zařízením a přijímačem.
• Připojte zařízení do zásuvky v jiném okruhu, než ke kterému je připojen přijímač.
• Požádejte o pomoc prodejce nebo zkušeného rádiového/TV technika.
• Uživatelé, kteří změní nebo upraví produkt popsaný v této příručce způsobem, který není výslovně schválen společností Thorlabs (strana odpovědná za shodu), mohou zrušit oprávnění uživatele provozovat zařízení.

Společnost Thorlabs GmbH není odpovědná za jakékoli rušení rozhlasového a televizního vysílání způsobené úpravami tohoto zařízení nebo nahrazením nebo připojením propojovacích kabelů a zařízení jiných, než jsou specifikovány společností Thorlabs. Náprava rušení způsobeného takovou neoprávněnou úpravou, nahrazením nebo připojením bude v odpovědnosti uživatele. Při připojování tohoto zařízení ke všem volitelným periferním nebo hostitelským zařízením je vyžadováno použití stíněných I/O kabelů. Pokud tak neučiníte, může dojít k porušení pravidel FCC a ICES.

Pozor
Mobilní telefony, mobilní telefony nebo jiné rádiové vysílače se nesmí používat v dosahu tří metrů od této jednotky, protože intenzita elektromagnetického pole může překročit maximální povolené hodnoty rušení podle IEC 61326-1. Tento produkt byl testován a bylo zjištěno, že vyhovuje limitům podle IEC 61326-1 pro použití propojovacích kabelů kratších než 3 metry (9.8 stop).

Certifikace a shody

Záruka

Dokumenty / zdroje

Jednofotonový detekční modul Thorlabs SPDMA [pdfUživatelská příručka SPDMA Jednofotonový detekční modul, SPDMA, Jednofotonový detekční modul, Fotonový detekční modul, Detekční modul, Modul

Reference

• Uživatelská příručka