Thorlabs SPDMA Single Photon Detection Module

Produktinformation

• Produktnavn: Single Photon Detector SPDMA
• Fabrikant: Thorlabs GmbH
• Version: 1.0
• Dato: 08. december 2021

Generel information
Thorlabs' SPDMA Single Photon Detector er designet til optiske måleteknikker. Den bruger en afkølet silicium lavinefotodiode, der er specialiseret til et bølgelængdeområde fra 350 til 1100 nm, med maksimal følsomhed ved 600 nm. Detektoren konverterer indkommende fotoner til et TTL-pulssignal, hvilket kan være viewed på et oscilloskop eller tilsluttet en ekstern tæller via SMA-forbindelsen. SPDMA har et integreret Thermo Electric Cooler (TEC) element, der stabiliserer diodens temperatur, hvilket reducerer mørketællerhastigheden. Dette giver mulighed for høj fotondetektionseffektivitet og muliggør detektering af effektniveauer ned til fW. Dioden inkorporerer også et aktivt quenching-kredsløb til høje tællehastigheder. Udgangssignalet kan optimeres ved hjælp af forstærkningsjusteringsskruen.

Detektoren kan udløses eksternt ved hjælp af et TTL Trigger IN-signal til at vælge tidsrammen for detektering af enkelte fotoner. Optisk justering gøres lettere af diodens relativt store aktive areal, som har en diameter på 500 mm. Dioden er fabriksjusteret til at være koncentrisk med indgangsåbningen, hvilket sikrer ydeevne af høj kvalitet. SPDMA er kompatibel med Thorlabs 1" linserør og Thorlabs 30 mm Cage System, hvilket giver mulighed for fleksibel integration i optiske systemer. Den kan monteres i metriske eller imperiale systemer ved hjælp af 8-32 og M4 kombigevind monteringshuller. Produktet inkluderer en SM1T1 SM1 kobling, som tilpasser det udvendige gevind til et indvendigt gevind, sammen med en SM1RR holdering og en genanvendelig beskyttende plastikdæksel.

Produktbrugsvejledning
Montering

1. Identificer det passende monteringssystem til din opsætning (metrisk eller imperial).
2. Juster SPDMA'en med monteringshullerne i det valgte system.
3. Fastgør SPDMA'en sikkert med passende skruer eller bolte.

Opsætning

1. Tilslut SPDMA'en til strømforsyningen i henhold til de medfølgende specifikationer.
2. Tilslut om nødvendigt et oscilloskop eller en ekstern tæller til SMA-forbindelsen for at overvåge udgangsimpulssignalet.
3. Hvis du bruger en ekstern trigger, skal du tilslutte TTL Trigger IN-signalet til den relevante indgangsport på SPDMA'en.
4. Sørg for, at diodens temperatur er stabiliseret ved at give tilstrækkelig tid til, at Thermo Electric Cooler (TEC)-elementet når sin driftstemperatur.
5. Udfør eventuelle nødvendige forstærkningsjusteringer ved hjælp af forstærkningsjusteringsskruen for at optimere udgangssignalet.

Driftsprincip
SPDMA'en fungerer ved at konvertere indkommende fotoner til et TTL-pulssignal ved hjælp af den afkølede silicium lavinefotodiode. Det aktive quenching-kredsløb integreret i dioden muliggør høje tællehastigheder. TTL Trigger IN-signalet kan bruges til eksternt at udløse detektering af enkelte fotoner inden for en bestemt tidsramme.
Note: Se altid brugermanualen og sikkerhedsinstruktionerne leveret af Thorlabs GmbH for detaljerede oplysninger om fejlfinding, tekniske data, præstationsplot, dimensioner, sikkerhedsforanstaltninger, certificeringer og overholdelse, garanti og producentens kontaktoplysninger.

Vi sigter efter at udvikle og producere de bedste løsninger til dine applikationer inden for optiske måleteknikker. For at hjælpe os med at leve op til dine forventninger og konstant forbedre vores produkter, har vi brug for dine ideer og forslag. Vi og vores internationale partnere ser frem til at høre fra dig.

Advarsel
Afsnit markeret med dette symbol forklarer farer, der kan resultere i personskade eller død. Læs altid den tilhørende information omhyggeligt, før du udfører den angivne procedure

Opmærksomhed
Afsnit efter dette symbol forklarer farer, der kan beskadige instrumentet og det tilsluttede udstyr eller kan forårsage tab af data. Denne manual indeholder også "NOTER" og "TIP" skrevet i denne formular. Læs venligst dette råd omhyggeligt!

Generel information

Thorlabs' SPDMA Single Photon Detector bruger en afkølet silicium lavinefotodiode, specialiseret til et bølgelængdeområde fra 350 til 1100 nm med en maksimal følsomhed ved 600 nm. Indkommende fotoner omdannes til en TTL-puls i detektoren. SMA-forbindelsen tilbyder et direkte udgangspulssignal fra modulet, der kan være viewed på et oscilloskop eller tilsluttet en ekstern tæller. Et integreret Thermo Electric Cooler (TEC) element stabiliserer diodens temperatur for at reducere mørketællerhastigheden. Den lave mørketællerhastighed og høje fotondetektionseffektivitet tillader detektering af effektniveauer ned til fW. Det aktive quenching-kredsløb integreret i dioden på SPDMA muliggør høje tællehastigheder. Udgangssignalet kan yderligere optimeres ved kontinuerlig justering ved hjælp af forstærkningsjusteringsskruen. Ved at bruge et TTL Trigger IN-signal kan SPDMA udløses eksternt for at vælge tidsrammen for detektering af enkelte fotoner. Optisk justering forenkles af det relativt store aktive område af dioden med en diameter på 500 mm. Dioden er aktivt justeret på fabrikken for at være koncentrisk med indgangsåbningen, hvilket bidrager til den høje kvalitet af denne enhed. For fleksibel integration i optiske systemer rummer SPDMA alle Thorlabs 1” linserør samt Thorlabs 30 mm Cage System. SPDMA kan monteres i metriske eller imperiale systemer på grund af 8-32 og M4 kombigevind monteringshuller. Produktet inkluderer en SM1T1 SM1 kobling, som tilpasser det udvendige gevind til et indvendigt gevind og holder SM1RR holderingen og en genanvendelig beskyttende plastikdæksel. Endnu en advantage er, at SPDMA ikke kan blive beskadiget af uønsket omgivende lys, hvilket er kritisk for mange fotomultiplikatorrør.

Opmærksomhed
Find alle sikkerhedsoplysninger og advarsler vedrørende dette produkt i kapitlet Sikkerhed i tillægget.

Bestillingskoder og tilbehør

SPDMA Single-Photon Detector, 350 nm – 1100 nm, Active Area Diameter 0.5 mm, Combi-Thread monteringshuller kompatibel med 8-32 og M4 gevind

Inkluderet tilbehør

• Strømforsyning (±12 V, 0.3 A / 5 V, 2.5 A)
• Plastdæksel (vare nr. SM1EC2B) på en medfølgende SM1T1 SM1-kobling med en SM1RR SM1-holdering.

Valgfrit tilbehør

• Alt Thorlabs interne eller eksterne SM1 (1.035″-40) gevindtilbehør er kompatible med SPDMA.
• 30 mm Cage System kan monteres på SPDMA.
• Besøg venligst vores hjemmeside http://www.thorlabs.com til forskelligt tilbehør som fiberadaptere, stolper og stolpeholdere, datablade og yderligere information.

Kom godt i gang

Reservedelsliste
Undersøg venligst forsendelsesbeholderen for skader. Skær venligst ikke gennem pappet, da æsken kan være nødvendig til opbevaring eller returnering. Hvis forsendelsesbeholderen ser ud til at være beskadiget, skal du opbevare den, indtil du har inspiceret indholdet for fuldstændighed og testet SPDMA mekanisk og elektrisk. Bekræft, at du har modtaget følgende varer i pakken:

SPDMA Single Photon Detektor
Plastdæksel (vare nr. SM1EC2B) på SM1T1-SM1 kobling med en SM1RR-SM1

Holdering
Strømforsyning (±12V, 0.3 A / 5 V, 2.5 A) med strømledning, stik i henhold til bestillingsland

Hurtig reference

Betjeningsvejledning
Driftselementer

Montering
Montering af SPDMA på et optisk bord. Monter SPDMA på en optisk stolpe ved at bruge et af de tre tapede monteringshuller på venstre og højre side og bunden af ​​enheden. De kombigevindtappede huller accepterer både 8-32 og M4 gevind, så det er muligt at bruge enten imperiale eller metriske TR-stolper.

Montering af ekstern optik
Kundesystemet kan fastgøres og justeres ved hjælp af enten det udvendige SM1-gevind eller de 4-40 monteringshuller til et 30 mm bursystem. Positionerne er angivet i afsnittet Betjeningselementer. Det udvendige SM1-gevind rummer Thorlabs' SM1-gevind (1.035″-40) adaptere, der er kompatible med et hvilket som helst antal Thorlabs 1”-gevindtilbehør, såsom ekstern optik, filtre, åbninger, fiberadaptere eller linserør. SPDMA'en leveres med en SM1T1 SM1-kobling, der tilpasser det udvendige gevind til et indvendigt SM1-gevind. En holdering i koblingen holder beskyttelsesdækslet. Skru venligst koblingen af, hvis det er nødvendigt. For tilbehør, besøg venligst vores webwebsted eller kontakt Thorlabs.

Opsætning
Efter montering af SPDMA'en skal du opsætte detektoren som følger:

1. Tænd for SPDMA ved hjælp af den medfølgende strømforsyning.
2. Tænd for SPDMA ved hjælp af skifteknappen på siden af ​​instrumentet.
3. Skub dækslet fra status-LED'en for at se status:
4.  Rød: LED'en vil først være rød ved tilslutning til strømforsyningen for at indikere denne forbindelse og behovet for at vente, indtil detektoren har nået driftstemperaturen.
5. Inden for få sekunder er dioden kølet ned, og status-LED'en bliver grøn. Status-LED'en vender tilbage til rødt, når diodetemperaturen er for høj. Hvis LED'en er rød, sendes der intet signal til pulsudgangen.
6. Grøn: Detektoren er klar til drift. Dioden har driftstemperatur og signalet kommer til pulsudgangen.

Note
Status-LED'en bliver rød, når driftstemperaturen er for høj. Sørg for tilstrækkelig luftventilation. Skub dækslet tilbage foran status-LED'en for at forhindre, at LED-lyset forstyrrer målingen. For at øge effektiviteten af ​​fotondetektion skal du dreje forstærkningsjusteringsskruen med en skruetrækker (1.8 til 2.4 mm, 0.07" til 3/32"). For mere information om forstærkningen henvises til kapitlet Driftsprincip. Brug Minimum Gain, når en lav mørketællerhastighed er kritisk. Dette kommer på bekostning af lav fotondetektionseffektivitet. Brug Maximum Gain, når det er ønskeligt at indsamle et maksimalt antal fotoner. Dette kommer på bekostning af en højere mørketællerhastighed. Fordi tiden mellem fotondetektion og signaloutput ændres med forstærkningsindstillingen, bedes du revurdere denne parameter efter at have ændret forstærkningsindstillingen.

Note
"Trigger In" og "Pulse Out" har en 50 W impedans. Sørg for, at triggerimpulskilden er i stand til at arbejde på en 50 W belastning, og at den enhed, der er tilsluttet "Pulse Out", fungerer ved en 50 W indgangsimpedans.

Driftsprincip
Thorlabs SPDMA bruger en silicium lavinefotodiode (Si APD), der betjenes i modsat retning og er forspændt lidt ud over nedbrydningstærsklen vol.tage VBR (se diagrammet nedenfor, punkt A), også kendt som lavinen voltage. Denne driftstilstand er også kendt som "Geiger-tilstand". En APD i Geiger-tilstand vil forblive i en metastabil tilstand, indtil en foton ankommer og genererer gratis ladningsbærere i PD'ens kryds. Disse gratis ladningsbærere udløser en lavine (punkt B), der fører til en betydelig strøm. Et aktivt quenching-kredsløb integreret i APD'en begrænser strømmen gennem APD'en for at undgå ødelæggelse og sænker bias vol.tage under opdelingen voltage VBR (punkt C) umiddelbart efter at en foton udløste en lavine. Dette muliggør høje tællehastigheder med dødtid mellem tællinger ned til den specificerede dødtid ved max gain. Bagefter, bias voltage er gendannet.

Under quenching-tiden, som er kendt som diodens dødtid, er APD'en ufølsom over for andre indkommende fotoner. Spontant udløste laviner er mulige, mens dioden er i en metastabil tilstand. Hvis disse spontane laviner opstår tilfældigt, kaldes de mørketællinger. Et integreret TEC-element stabiliserer diodens temperatur under den omgivende temperatur for at reducere mørketællerhastigheden. Dette eliminerer behovet for en ventilator og undgår mekaniske vibrationer. I tilfælde af at de spontant udløste laviner er korreleret i tid med en puls forårsaget af en foton, kaldes det en efterpuls.
Note
På grund af APD-egenskaber er det ikke sikkert, at alle enkeltfotoner detekteres. Årsagerne er APD's iboende dødtid under quenching og LAPD's ikke-linearitet.

Forstærkningsjustering
Ved hjælp af forstærkningsjusteringsskruen, en overvoltage ud over nedbrydningen voltage kan justeres til SPDMA. Dette øger fotondetektionseffektiviteten, men også mørketællerhastigheden. Vær opmærksom på, at sandsynligheden for efterpulsering stiger en smule med højere forstærkningsindstillinger, og at justering af forstærkningen også påvirker tiden mellem fotondetektion og signaloutput. Dødtiden stiger med aftagende forstærkning.

Blokdiagram og Trigger IN

Strømpulsen genereret af en indkommende foton passerer et pulsformende kredsløb, som forkorter APD'ens output TTL-pulsvarighed. På "Pulse Out"-terminalen tilføres signalet fra pulsformeren, så tællinger kan foretages viewed på et oscilloskop eller registreret af en ekstern tæller. I mangel af en trigger lukkes porten og tillader signalet ud. Gain ændrer Bias (overvoltage) på APD'en. Bias ledes fysisk gennem det aktive quenching-element, men påvirker ikke den aktive quenching.

TTL trigger
TTL-triggeren giver mulighed for selektiv aktivering af pulsudgangen: Ved høj triggerindgang (specificeret i de tekniske data) ankommer signalet til pulsudgang. Dette er standard, når der ikke anvendes et eksternt TTL-signal som en trigger. Når der bruges et TTL-trigger-indgangssignal, skal standard-TTL-indgangen være "Lav". Signalet fra fotondetektion sendes til Pulse Out som Trigger Input voltage skifter til "Høj". Høje og lave signaler er specificeret i afsnittet Tekniske data.
Note
"Trigger In" og "Pulse Out" har en 50 W impedans. Sørg for, at triggerimpulskilden er i stand til at arbejde på en 50 W belastning, og at den enhed, der er tilsluttet "Pulse Out", fungerer ved en 50 W indgangsimpedans.

Vedligeholdelse og service

Beskyt SPDMA mod ugunstige vejrforhold. SPDMA er ikke vandafvisende.

Opmærksomhed
For at undgå beskadigelse af instrumentet må det ikke udsættes for spray, væsker eller opløsningsmidler! Enheden behøver ikke regelmæssig vedligeholdelse af brugeren. Den indeholder ingen moduler og/eller komponenter, som kan repareres af brugeren. Hvis der opstår en funktionsfejl, kontakt venligst Thorlabs for returneringsinstruktioner. Fjern ikke dæksler!

Fejlfinding

APD-overtemperatur angivet Temperaturstyringskredsløbet registrerede, at den faktiske temperatur på APD'en oversteg indstillingspunktet. Under normale driftsforhold bør dette ikke ske, heller ikke efter længere tids drift. Imidlertid kan en stigning ud over grænserne for det specificerede driftstemperaturområde eller overdreven termisk stråling på detektoren forårsage en overtemperaturalarm. Status-LED'en bliver rød for at indikere overophedning. Sørg for tilstrækkelig luftstrøm omkring enheden, eller sørg for ekstern passiv køling

Tillæg
Tekniske data
Alle tekniske data er gyldige ved 45 ± 15 % rel. fugtighed (ikke-kondenserende).

1. Standardværdien i fravær af et TTL-signal er > 2 V, hvilket tillader signalet til pulsudgangen. Detektorens adfærd er ikke defineret mellem 0.8 V og 2 V.
2. Ikke-kondenserende

Definitioner
Active Quenching opstår, når en hurtig diskriminator registrerer den stejle begyndelse af lavinestrømmen, frigivet af en foton og hurtigt reducerer bias vol.tage, så det er under nedbrydning et øjeblik. Forspændingen returneres derefter til en værdi over nedbrydningsvolumentage som forberedelse til detektion af den næste foton. Efterpulsering: Under en lavine kan nogle ladninger blive fanget inde i højfeltområdet. Når disse ladninger frigives, kan de udløse en lavine. Disse falske hændelser kaldes efterpulser. Levetiden for disse fangede ladninger er i størrelsesordenen 0.1 μs til 1 μs. Derfor er det sandsynligt, at en efterpuls opstår direkte efter en signalimpuls.

Dødtid er det tidsinterval, som detektoren bruger i sin genoprettelsestilstand. I løbet af denne tid er den effektivt blind for indkommende fotoner. Dark Count Rate: Dette er den gennemsnitlige hastighed af registrerede tællinger i fravær af indfaldende lys og bestemmer den minimale tællehastighed, hvormed signalet dominerende forårsages af rigtige fotoner. De falske detektionshændelser er for det meste af termisk oprindelse og kan derfor kraftigt undertrykkes ved at bruge en afkølet detektor. Geiger-tilstand: I denne tilstand betjenes dioden lidt over nedbrydningstærsklen voltage. Derfor kan et enkelt elektron-hul-par (genereret ved absorption af en foton eller af en termisk udsving) udløse en stærk lavine. Gain Adjustment Factor: Dette er den faktor, som forstærkningen kan øges med. Mætning af APD: Fotontællingen af ​​en APD er ikke nøjagtigt lineært proportional med den indfaldende optiske CW-effekt; afvigelsen øges jævnt med stigende optisk effekt. Denne ikke-linearitet fører til det forkerte fotonantal ved høje inputeffektniveauer. Ved et bestemt inputeffektniveau begynder fotontallet endda at falde med en yderligere stigning i optisk effekt. Hver leveret SPDMA testes for passende saturationsadfærd for at ligne dette f.eksample.

Performance Plots
Typisk fotondetektionseffektivitet

Udgangssignal

Dimension

Sikkerhed
Sikkerheden af ​​ethvert system, der inkorporerer udstyret, er den, der samler systemet. Alle udsagn om driftsikkerhed og tekniske data i denne betjeningsvejledning gælder kun, når enheden betjenes korrekt, som den er designet. SPDMA må ikke anvendes i eksplosionstruede omgivelser! Bloker ikke luftventilationsåbninger i huset! Fjern ikke dækslerne, og åbn ikke kabinettet. Der er ingen dele indeni, der kan repareres af brugeren! Denne præcisionsenhed kan kun serviceres, hvis den returneres og er korrekt pakket ind i den komplette originale emballage inklusive papindlæggene. Bed om nødvendigt om erstatningsemballage. Overlad service til kvalificeret personale! Ændringer på denne enhed kan ikke foretages, og komponenter, der ikke er leveret af Thorlabs, må heller ikke bruges uden skriftligt samtykke fra Thorlabs.

Opmærksomhed
Før du tilslutter strøm til SPDMA'en, skal du sikre dig, at beskyttelseslederen på 3-leder netledningen er korrekt tilsluttet til den beskyttende jordkontakt på stikkontakten! Forkert jording kan forårsage elektrisk stød, hvilket kan medføre skader på dit helbred eller endda død! Alle moduler må kun betjenes med behørigt skærmede tilslutningskabler.

Opmærksomhed
Følgende erklæring gælder for de produkter, der er omfattet af denne vejledning, medmindre andet er angivet heri. Opgørelsen for andre produkter vil fremgå af den respektive medfølgende dokumentation.
Note
Dette udstyr er blevet testet og fundet i overensstemmelse med grænserne for en klasse B digital enhed i henhold til del 15 af FCC-reglerne og opfylder alle krav i den canadiske standard for interferensfremkaldende udstyr ICES-003 for digitale apparater. Disse grænser er designet til at give rimelig beskyttelse mod skadelig interferens i en boliginstallation. Dette udstyr genererer, bruger og kan udstråle radiofrekvensenergi og kan, hvis det ikke installeres og bruges i overensstemmelse med instruktionerne, forårsage skadelig interferens i radiokommunikation. Der er dog ingen garanti for, at der ikke vil forekomme interferens i en bestemt installation. Hvis dette udstyr forårsager skadelig interferens på radio- eller tv-modtagelse, hvilket kan fastslås ved at slukke og tænde for udstyret, opfordres brugeren til at forsøge at rette op på interferensen ved hjælp af en eller flere af følgende foranstaltninger:

• Drej eller flyt modtagerantennen.
• Øg afstanden mellem udstyret og modtageren.
• Tilslut udstyret til en stikkontakt på et andet kredsløb end det, som modtageren er tilsluttet.
• Kontakt forhandleren eller en erfaren radio/tv-tekniker for at få hjælp.
• Brugere, der ændrer eller modificerer produktet beskrevet i denne manual på en måde, der ikke udtrykkeligt er godkendt af Thorlabs (den part, der er ansvarlig for overholdelse), kan annullere brugerens ret til at betjene udstyret.

Thorlabs GmbH er ikke ansvarlig for radio-tv-interferens forårsaget af modifikationer af dette udstyr eller udskiftning eller fastgørelse af tilslutningskabler og andet udstyr end dem, der er specificeret af Thorlabs. Korrektion af interferens forårsaget af en sådan uautoriseret ændring, substitution eller vedhæftning vil være brugerens ansvar. Brugen af ​​skærmede I/O-kabler er påkrævet, når dette udstyr tilsluttes til alle valgfrie perifere eller værtsenheder. Undladelse af at gøre det kan være i strid med FCC og ICES regler.

Opmærksomhed
Mobiltelefoner, mobiltelefoner eller andre radiosendere må ikke bruges inden for en rækkevidde på tre meter fra denne enhed, da den elektromagnetiske feltintensitet da kan overstige de maksimalt tilladte forstyrrelsesværdier i henhold til IEC 61326-1. Dette produkt er blevet testet og fundet i overensstemmelse med grænserne i henhold til IEC 61326-1 for brug af tilslutningskabler, der er kortere end 3 meter (9.8 fod).

Certificeringer og overholdelse

Garanti

Dokumenter/ressourcer

Thorlabs SPDMA Single Photon Detection Module [pdfBrugermanual SPDMA Single Photon Detection Module, SPDMA, Single Photon Detection Module, Photon Detection Module, Detection Module, Module

Referencer

• Brugermanual