Módulo de detección de fotón único Thorlabs SPDMA

Información del producto

• Nombre del producto: Detector de fotón único SPDMA
• Fabricante: Thorlabs GmbH
• Versión: 1.0
• Fecha: 08 de diciembre de 2021

Información general
El detector de fotón único SPDMA de Thorlabs está diseñado para técnicas de medición óptica. Utiliza un fotodiodo de avalancha de silicio enfriado especializado para un rango de longitud de onda de 350 a 1100 nm, con una sensibilidad máxima a 600 nm. El detector convierte los fotones entrantes en una señal de pulso TTL, que puede ser viewed en un osciloscopio o conectado a un contador externo a través de la conexión SMA. El SPDMA cuenta con un elemento Thermo Electric Cooler (TEC) integrado que estabiliza la temperatura del diodo, reduciendo la tasa de conteo de oscuridad. Esto permite una alta eficiencia de detección de fotones y permite la detección de niveles de potencia de hasta fW. El diodo también incorpora un circuito de extinción activo para altas tasas de conteo. La señal de salida se puede optimizar utilizando el tornillo de ajuste de ganancia.

El detector se puede activar externamente mediante una señal TTL Trigger IN para seleccionar el período de tiempo para la detección de fotones individuales. La alineación óptica se ve facilitada por la superficie activa relativamente grande del diodo, que tiene un diámetro de 500 mm. El diodo está alineado de fábrica para ser concéntrico con la apertura de entrada, lo que garantiza un rendimiento de alta calidad. El SPDMA es compatible con los tubos de lentes Thorlabs de 1” y el sistema de jaula Thorlabs de 30 mm, lo que permite una integración flexible en sistemas ópticos. Se puede montar en sistemas métricos o imperiales utilizando los orificios de montaje de rosca combinada 8-32 y M4. El producto incluye un acoplador SM1T1 SM1, que adapta la rosca externa a una rosca interna, junto con un anillo de retención SM1RR y una tapa protectora de plástico reutilizable.

Instrucciones de uso del producto
Montaje

1. Identifique el sistema de montaje apropiado para su configuración (métrico o imperial).
2. Alinee el SPDMA con los orificios de montaje del sistema elegido.
3. Fije firmemente el SPDMA utilizando tornillos o pernos adecuados.

Configuración

1. Conecte el SPDMA a la fuente de alimentación de acuerdo con las especificaciones proporcionadas.
2. Si es necesario, conecte un osciloscopio o un contador externo a la conexión SMA para monitorear la señal de pulso de salida.
3. Si utiliza un disparador externo, conecte la señal TTL Trigger IN al puerto de entrada apropiado en el SPDMA.
4. Asegúrese de que la temperatura del diodo esté estabilizada dejando tiempo suficiente para que el elemento del refrigerador termo eléctrico (TEC) alcance su temperatura de funcionamiento.
5. Realice los ajustes de ganancia necesarios utilizando el tornillo de ajuste de ganancia para optimizar la señal de salida.

Principio de funcionamiento
El SPDMA funciona convirtiendo los fotones entrantes en una señal de pulso TTL utilizando el fotodiodo de avalancha de silicio enfriado. El circuito de extinción activo integrado en el diodo permite altas tasas de conteo. La señal TTL Trigger IN se puede utilizar para activar externamente la detección de fotones individuales dentro de un período de tiempo específico.
Nota: Consulte siempre el manual del usuario y las instrucciones de seguridad proporcionadas por Thorlabs GmbH para obtener información detallada sobre solución de problemas, datos técnicos, gráficos de rendimiento, dimensiones, precauciones de seguridad, certificaciones y cumplimientos, garantía y detalles de contacto del fabricante.

Nuestro objetivo es desarrollar y producir las mejores soluciones para sus aplicaciones en el campo de las técnicas de medición óptica. Para ayudarnos a estar a la altura de sus expectativas y mejorar constantemente nuestros productos, necesitamos sus ideas y sugerencias. Nosotros y nuestros socios internacionales esperamos tener noticias suyas.

Advertencia
Las secciones marcadas con este símbolo explican los peligros que pueden provocar lesiones personales o la muerte. Siempre lea atentamente la información asociada antes de realizar el procedimiento indicado

Atención
Los párrafos precedidos por este símbolo explican los peligros que podrían dañar el instrumento y el equipo conectado o causar pérdida de datos. Este manual también contiene “NOTAS” y “CONSEJOS” escritos en este formulario. ¡Lea atentamente este consejo!

Información general

El detector de fotón único SPDMA de Thorlabs utiliza un fotodiodo de avalancha de silicio enfriado, especializado para un rango de longitud de onda de 350 a 1100 nm con una sensibilidad máxima de 600 nm. Los fotones entrantes se convierten en un pulso TTL en el detector. La conexión SMA ofrece una señal de pulso de salida directa desde el módulo que se puede viewed en un osciloscopio o conectado a un contador externo. Un elemento integrado Thermo Electric Cooler (TEC) estabiliza la temperatura del diodo para reducir la tasa de conteo de oscuridad. La baja tasa de recuento de oscuridad y la alta eficiencia de detección de fotones permiten la detección de niveles de potencia de hasta fW. El circuito de extinción activo integrado en el diodo del SPDMA permite altas tasas de conteo. La señal de salida se puede optimizar aún más mediante un ajuste continuo utilizando el tornillo de ajuste de ganancia. Usando una señal TTL Trigger IN, el SPDMA se puede activar externamente para seleccionar el marco de tiempo para la detección de fotones individuales. La alineación óptica se simplifica gracias al área activa relativamente grande del diodo con un diámetro de 500 mm. El diodo está alineado activamente en fábrica para que sea concéntrico con la apertura de entrada, lo que aumenta la alta calidad de este dispositivo. Para una integración flexible en sistemas ópticos, el SPDMA se adapta a cualquier tubo de lente Thorlabs de 1”, así como al sistema de jaula Thorlabs de 30 mm. El SPDMA se puede montar en sistemas métricos o imperiales gracias a los orificios de montaje de rosca combinada 8-32 y M4. El producto incluye un acoplador SM1T1 SM1 que adapta la rosca externa a una rosca interna y sostiene el anillo de retención SM1RR y una tapa protectora de plástico reutilizable. Otra ventajatagLa razón es que el SPDMA no puede resultar dañado por la luz ambiental no deseada, lo cual es fundamental para muchos tubos fotomultiplicadores.

Atención
Encuentre toda la información de seguridad y las advertencias relativas a este producto en el capítulo Seguridad en el Apéndice.

Códigos de pedido y accesorios

Detector de fotón único SPDMA, 350 nm – 1100 nm, diámetro de área activa 0.5 mm, orificios de montaje de rosca combinada compatible con roscas 8-32 y M4

Accesorios incluidos

• Fuente de alimentación (±12 V, 0.3 A / 5 V, 2.5 A)
• Tapa protectora de plástico (artículo n.° SM1EC2B) en un acoplador SM1T1 SM1 incluido con un anillo de retención SM1RR SM1.

Accesorios opcionales

• Todos los accesorios roscados internos o externos SM1 (1.035″-40) de Thorlabs son compatibles con SPDMA.
• El sistema de jaula de 30 mm se puede montar en el SPDMA.
• Visite nuestra página de inicio http://www.thorlabs.com para diversos accesorios como adaptadores de fibra, postes y soportes para postes, hojas de datos y más información.

Empezando

Lista de piezas
Inspeccione el contenedor de envío en busca de daños. No corte el cartón, ya que la caja podría ser necesaria para almacenamiento o devoluciones. Si el contenedor de envío parece estar dañado, consérvelo hasta que haya inspeccionado el contenido para verificar que esté completo y haya probado el SPDMA mecánica y eléctricamente. Verifique que haya recibido los siguientes artículos dentro del paquete:

Detector de fotón único SPDMA
Tapa de cubierta de plástico (artículo n.° SM1EC2B) en el acoplador SM1T1-SM1 con un SM1RR-SM1

Anillo de retención
Fuente de alimentación (±12 V, 0.3 A / 5 V, 2.5 A) con cable de alimentación, conector según el país de pedido

Referencia rápida

Instrucciones de funcionamiento
Elementos operativos

Montaje
Montaje de SPDMA en una mesa óptica Monte el SPDMA en un poste óptico utilizando cualquiera de los tres orificios de montaje roscados en el lado izquierdo, derecho y en la parte inferior del dispositivo. Los orificios roscados con rosca combinada aceptan roscas 8-32 y M4, de modo que es posible utilizar postes TR imperiales o métricos.

Montaje de ópticas externas
El sistema del cliente se puede conectar y alinear utilizando la rosca externa SM1 o los orificios de montaje de 4 a 40 para un sistema de jaula de 30 mm. Las posiciones están indicadas en el apartado Elementos Operativos. La rosca SM1 externa se adapta a los adaptadores de rosca SM1 de Thorlabs (1.035″- 40) que son compatibles con cualquier cantidad de accesorios de rosca de 1” de Thorlabs, como ópticas externas, filtros, aperturas, adaptadores de fibra o tubos de lentes. El SPDMA se envía con un acoplador SM1T1 SM1 que adapta la rosca externa a una rosca interna SM1. Un anillo de retención en el acoplador sujeta la tapa protectora. Desenrosque el acoplador si es necesario. Para accesorios, visite nuestro websitio o póngase en contacto con Thorlabs.

Configuración
Después de montar el SPDMA, configure el detector de la siguiente manera:

1. Encienda el SPDMA usando la fuente de alimentación incluida.
2. Encienda el SPDMA usando el botón de alternancia en el costado del instrumento.
3. Empuje la cubierta del LED de estado para ver el estado:
4.  Rojo: El LED inicialmente estará rojo al conectarse a la fuente de alimentación para indicar esta conexión y la necesidad de esperar hasta que el detector haya alcanzado la temperatura de funcionamiento.
5. Al cabo de unos segundos, el diodo se enfría y el LED de estado se vuelve verde. El LED de estado volverá a ponerse rojo cuando la temperatura del diodo sea demasiado alta. Si el LED está rojo, no se envía ninguna señal a la salida de pulsos.
6. Verde: El detector está listo para funcionar. El diodo está a temperatura de funcionamiento y la señal llega a la salida de pulsos.

Nota
El LED de estado se volverá rojo siempre que la temperatura de funcionamiento sea demasiado alta. Asegúrese de que haya suficiente ventilación. Vuelva a colocar la cubierta delante del LED de estado para evitar que la luz LED perturbe la medición. Para aumentar la eficiencia de la detección de fotones, gire el tornillo de ajuste de ganancia con un destornillador plano (1.8 a 2.4 mm, 0.07″ a 3/32″). Para obtener más información sobre la ganancia, consulte el capítulo Principio de funcionamiento. Utilice la ganancia mínima cuando una tasa de recuento de oscuridad baja sea fundamental. Esto tiene el costo de una baja eficiencia de detección de fotones. Utilice la ganancia máxima cuando desee recolectar una cantidad máxima de fotones. Esto tiene el costo de una tasa de conteo de oscuridad más alta. Debido a que el tiempo entre la detección de fotones y la salida de señal cambia con la configuración de ganancia, vuelva a evaluar este parámetro después de cambiar la configuración de ganancia.

Nota
“Trigger In” y “Pulse Out” tienen una impedancia de 50 W. Asegúrese de que la fuente de pulso del disparador sea capaz de funcionar con una carga de 50 W y que el dispositivo conectado a "Pulse Out" funcione con una impedancia de entrada de 50 W.

Principio de funcionamiento
El Thorlabs SPDMA utiliza un fotodiodo de avalancha de silicio (Si APD), operado en dirección inversa y polarizado ligeramente más allá del umbral de ruptura vol.tage VBR (ver diagrama a continuación, punto A), también conocido como vol de avalanchatagmi. Este modo de funcionamiento también se conoce como “modo Geiger”. Un APD en modo Geiger permanecerá en un estado metaestable hasta que llegue un fotón y genere portadores de carga libres en la unión del PD. Estos portadores gratuitos provocan una avalancha (punto B), lo que genera una corriente importante. Un circuito de extinción activo integrado en el APD limita la corriente a través del APD para evitar la destrucción y reduce el voltaje de polarización.tage por debajo del volumen de desglosetage VBR (punto C) inmediatamente después de que un fotón liberara una avalancha. Esto permite altas tasas de conteo con tiempo muerto entre cuentas regresivas hasta el tiempo muerto especificado con ganancia máxima. Posteriormente, el sesgo voltage es restaurado.

Durante el tiempo de extinción, que se conoce como tiempo muerto del diodo, el APD es insensible a otros fotones entrantes. Es posible que se produzcan avalanchas espontáneas mientras el diodo se encuentre en un estado metaestable. Si estas avalanchas espontáneas ocurren de forma aleatoria, se denominan conteos oscuros. Un elemento TEC integrado estabiliza la temperatura del diodo por debajo de la temperatura ambiente para reducir la tasa de conteo de oscuridad. Esto elimina la necesidad de un ventilador y evita vibraciones mecánicas. Cuando las avalanchas desencadenadas espontáneamente se correlacionan en el tiempo con un impulso provocado por un fotón, se denomina pospulso.
Nota
Debido a las propiedades de APD, es posible que no se detecten todos los fotones individuales. Las razones son el tiempo muerto intrínseco del APD durante el enfriamiento y la no linealidad del LAPD.

Ajuste de ganancia
Usando el tornillo de ajuste de ganancia, un overvoltage más allá del volumen de averíatage se puede ajustar al SPDMA. Esto aumenta la eficiencia de la detección de fotones pero también la tasa de conteo de oscuridad. Tenga en cuenta que la probabilidad de postpulso aumenta ligeramente con ajustes de ganancia más altos y que el ajuste de la ganancia también afecta el tiempo entre la detección de fotones y la salida de señal. El tiempo muerto aumenta al disminuir la ganancia.

Diagrama de bloques y disparador IN

El pulso de corriente generado por un fotón entrante pasa por un circuito de configuración de pulso, que acorta la duración del pulso TTL de salida del APD. En el terminal “Pulse Out” se aplica la señal del modelador de pulso para que se puedan realizar los conteos. viewed en un osciloscopio o registrado por un contador externo. En ausencia de un disparador, la puerta se cierra y permite salir la señal. La ganancia cambia el sesgo (overvoltage) en la APD. El Bias es guiado físicamente a través del elemento de enfriamiento activo pero no impacta el enfriamiento activo.

Disparador TTL
El disparador TTL permite la activación selectiva de la salida de pulso: en una entrada de disparo alta (especificada en los datos técnicos), la señal llega a la salida de pulso. Este es el valor predeterminado siempre que no se aplica una señal TTL externa como disparador. Siempre que se utiliza una señal de entrada de disparador TTL, la entrada TTL predeterminada debe ser "Baja". La señal de la detección de fotones se envía a Pulse Out como volumen de entrada del disparador.tage cambia a “Alto”. Las señales alta y baja se especifican en la sección Datos técnicos.
Nota
“Trigger In” y “Pulse Out” tienen una impedancia de 50 W. Asegúrese de que la fuente de pulso del disparador sea capaz de funcionar con una carga de 50 W y que el dispositivo conectado a "Pulse Out" funcione con una impedancia de entrada de 50 W.

Mantenimiento y servicio

Proteja el SPDMA de condiciones climáticas adversas. El SPDMA no es resistente al agua.

Atención
Para evitar daños al instrumento, ¡no lo exponga a aerosoles, líquidos o disolventes! La unidad no necesita mantenimiento regular por parte del usuario. No contiene ningún módulo y/o componente que pueda ser reparado por el usuario. Si se produce un mal funcionamiento, comuníquese con Thorlabs para obtener instrucciones de devolución. ¡No retires las cubiertas!

Solución de problemas

Se indicó sobretemperatura del APD El circuito de control de temperatura reconoció que la temperatura real del APD excedía el punto de ajuste. En condiciones normales de funcionamiento, esto no debería suceder, incluso después de un funcionamiento prolongado. Sin embargo, un aumento más allá de los límites del rango de temperatura de funcionamiento especificado o una radiación térmica excesiva en el detector pueden provocar una alerta de sobretemperatura. El LED de estado se volverá rojo para indicar sobrecalentamiento. Asegúrese de que haya suficiente flujo de aire alrededor del dispositivo o proporcione refrigeración pasiva externa

Apéndice
Datos técnicos
Todos los datos técnicos son válidos a 45 ± 15% rel. humedad (sin condensación).

1. El valor predeterminado en ausencia de una señal TTL es > 2 V, lo que permite que la señal salga a la salida de pulsos. El comportamiento del detector no está definido entre 0.8 V y 2 V.
2. Sin condensación

Definiciones
El enfriamiento activo ocurre cuando un discriminador rápido detecta el fuerte inicio de la corriente de avalancha, liberada por un fotón, y reduce rápidamente el volumen de polarización.tage de modo que esté por debajo del punto de ruptura momentáneamente. Luego, el sesgo regresa a un valor superior al volumen de desglose.tage en preparación para la detección del siguiente fotón. Postpulso: durante una avalancha, algunas cargas pueden quedar atrapadas dentro de la región del campo alto. Cuando estas cargas se liberan, pueden provocar una avalancha. Estos eventos espurios se denominan pospulsos. La vida útil de esas cargas atrapadas es del orden de 0.1 μs a 1 μs. Por lo tanto, es probable que se produzca un pospulso directamente después de un impulso de señal.

El tiempo muerto es el intervalo de tiempo que pasa el detector en su estado de recuperación. Durante este tiempo, está efectivamente ciego a los fotones entrantes. Tasa de conteo oscuro: esta es la tasa promedio de conteos registrados en ausencia de luz incidente y determina la tasa de conteo mínima a la que la señal es causada predominantemente por fotones reales. Los eventos de detección falsa son en su mayoría de origen térmico y, por lo tanto, pueden suprimirse en gran medida utilizando un detector refrigerado. Modo Geiger: En este modo, el diodo funciona ligeramente por encima del umbral de ruptura vol.tagmi. Por tanto, un único par electrón-hueco (generado por la absorción de un fotón o por una fluctuación térmica) puede desencadenar una fuerte avalancha. Factor de ajuste de ganancia: este es el factor por el cual se puede aumentar la ganancia. Saturación del APD: el recuento de fotones de un APD no es exactamente linealmente proporcional a la potencia óptica incidente en CW; la desviación aumenta suavemente al aumentar la potencia óptica. Esta no linealidad conduce a un recuento de fotones incorrecto en niveles elevados de potencia de entrada. A un cierto nivel de potencia de entrada, el recuento de fotones comienza incluso a disminuir con un aumento adicional de la potencia óptica. Cada SPDMA entregado se prueba para determinar si el comportamiento de saturación es apropiado para parecerse a este ejemplo.ampel.

Gráficos de rendimiento
Eficiencia típica de detección de fotones

Señal de salida de pulso

Dimensión

Seguridad
La seguridad de cualquier sistema que incorpore el equipo es responsabilidad del ensamblador del sistema. Todas las declaraciones sobre la seguridad de operación y los datos técnicos en este manual de instrucciones solo se aplicarán cuando la unidad se opere correctamente tal como fue diseñada. ¡El SPDMA no debe utilizarse en entornos con riesgo de explosión! ¡No obstruyas las ranuras de ventilación de la carcasa! No retire las cubiertas ni abra el gabinete. ¡No hay partes reparables por el usuario adentro! Este dispositivo de precisión solo puede repararse si se devuelve y se embala correctamente en el embalaje original completo, incluidos los insertos de cartón. Si es necesario, solicite un embalaje de repuesto. ¡Recomendar el servicio a personal calificado! No se pueden realizar cambios en este dispositivo ni se pueden utilizar componentes no suministrados por Thorlabs sin el consentimiento por escrito de Thorlabs.

Atención
Antes de aplicar energía al SPDMA, asegúrese de que el conductor protector del cable de alimentación principal de 3 conductores esté conectado correctamente al contacto de protección a tierra del tomacorriente. Una conexión a tierra inadecuada puede provocar una descarga eléctrica que provoque daños a su salud o incluso la muerte. Todos los módulos deben funcionar únicamente con cables de conexión debidamente blindados.

Atención
La siguiente declaración se aplica a los productos cubiertos en este manual a menos que se especifique lo contrario en este documento. La declaración para el resto de productos aparecerá en la respectiva documentación adjunta.
Nota
Este equipo ha sido probado y cumple con los límites para un dispositivo digital de Clase B, de conformidad con la Parte 15 de las reglas de la FCC y cumple con todos los requisitos de la norma canadiense sobre equipos que causan interferencias ICES-003 para aparatos digitales. Estos límites están diseñados para proporcionar una protección razonable contra interferencias dañinas en una instalación residencial. Este equipo genera, usa y puede irradiar energía de radiofrecuencia y, si no se instala y usa de acuerdo con las instrucciones, puede causar interferencias dañinas en las comunicaciones por radio. Sin embargo, no hay garantía de que no se produzcan interferencias en una instalación en particular. Si este equipo causa interferencias dañinas en la recepción de radio o televisión, lo cual se puede determinar encendiendo y apagando el equipo, se recomienda al usuario que intente corregir la interferencia mediante una o más de las siguientes medidas:

• Reorientar o reubicar la antena receptora.
• Aumentar la separación entre el equipo y el receptor.
• Conecte el equipo a una toma de corriente de un circuito diferente a aquel al que está conectado el receptor.
• Consulte al distribuidor o a un técnico de radio/TV experimentado para obtener ayuda.
• Los usuarios que cambien o modifiquen el producto descrito en este manual de una manera no aprobada expresamente por Thorlabs (la parte responsable del cumplimiento) podrían anular la autoridad del usuario para operar el equipo.

Thorlabs GmbH no es responsable de ninguna interferencia de radiotelevisión causada por modificaciones de este equipo o la sustitución o conexión de cables y equipos de conexión distintos a los especificados por Thorlabs. La corrección de las interferencias causadas por dicha modificación, sustitución o adjunto no autorizado será responsabilidad del usuario. Se requiere el uso de cables de E/S blindados al conectar este equipo a todos y cada uno de los dispositivos host o periféricos opcionales. No hacerlo puede violar las reglas de la FCC y del ICES.

Atención
No se deben utilizar teléfonos móviles, teléfonos celulares u otros transmisores de radio dentro del alcance de tres metros de esta unidad, ya que la intensidad del campo electromagnético puede exceder los valores de perturbación máximos permitidos según IEC 61326-1. Este producto ha sido probado y cumple con los límites según IEC 61326-1 para el uso de cables de conexión de menos de 3 metros (9.8 pies).

Certificaciones y Cumplimiento

Garantía

Documentos / Recursos

Módulo de detección de fotón único Thorlabs SPDMA [pdf] Manual del usuario Módulo de detección de fotón único SPDMA, SPDMA, Módulo de detección de fotón único, Módulo de detección de fotones, Módulo de detección, Módulo

Referencias

• Manual de usuario