Module de détection de photons uniques Thorlabs SPDMA

Informations sur le produit

• Nom du produit: Détecteur de photons uniques SPDMA
• Fabricant: Thorlabs GmbH
• Version: 1.0
• Date: 08-déc.-2021

Informations générales
Le détecteur de photons uniques SPDMA de Thorlabs est conçu pour les techniques de mesure optique. Il utilise une photodiode à avalanche de silicium refroidie spécialisée pour une plage de longueurs d'onde de 350 à 1100 600 nm, avec une sensibilité maximale à XNUMX nm. Le détecteur convertit les photons entrants en un signal d'impulsion TTL, qui peut être viewEd sur un oscilloscope ou connecté à un compteur externe via la connexion SMA. Le SPDMA est doté d'un élément de refroidissement thermoélectrique (TEC) intégré qui stabilise la température de la diode, réduisant ainsi le taux de comptage d'obscurité. Cela permet une efficacité de détection de photons élevée et permet la détection de niveaux de puissance jusqu'à fW. La diode intègre également un circuit d'extinction actif pour des taux de comptage élevés. Le signal de sortie peut être optimisé à l'aide de la vis de réglage du gain.

Le détecteur peut être déclenché en externe à l'aide d'un signal TTL Trigger IN pour sélectionner la période de détection de photons uniques. L'alignement optique est facilité par la surface active relativement grande de la diode, qui a un diamètre de 500 mm. La diode est alignée en usine pour être concentrique à l'ouverture d'entrée, garantissant ainsi des performances de haute qualité. Le SPDMA est compatible avec les tubes d'objectif Thorlabs 1" et le système de cage Thorlabs 30 mm, permettant une intégration flexible dans les systèmes optiques. Il peut être monté dans des systèmes métriques ou impériaux à l'aide des trous de montage à filetage combiné 8-32 et M4. Le produit comprend un coupleur SM1T1 SM1, qui adapte le filetage externe à un filetage interne, ainsi qu'un anneau de retenue SM1RR et un capuchon de protection en plastique réutilisable.

Instructions d'utilisation du produit
Montage

1. Identifiez le système de montage approprié pour votre configuration (métrique ou impérial).
2. Alignez le SPDMA avec les trous de montage du système choisi.
3. Fixez solidement le SPDMA à l’aide de vis ou de boulons appropriés.

Installation

1. Connectez le SPDMA à l’alimentation électrique conformément aux spécifications fournies.
2. Si nécessaire, connectez un oscilloscope ou un compteur externe à la connexion SMA pour surveiller le signal d'impulsion de sortie.
3. Si vous utilisez un déclencheur externe, connectez le signal TTL Trigger IN au port d'entrée approprié du SPDMA.
4. Assurez-vous que la température de la diode est stabilisée en laissant suffisamment de temps à l'élément du refroidisseur thermoélectrique (TEC) pour atteindre sa température de fonctionnement.
5. Effectuez tous les ajustements de gain nécessaires à l’aide de la vis de réglage du gain pour optimiser le signal de sortie.

Principe de fonctionnement
Le SPDMA fonctionne en convertissant les photons entrants en un signal d'impulsion TTL à l'aide de la photodiode à avalanche de silicium refroidie. Le circuit de trempe active intégré à la diode permet des taux de comptage élevés. Le signal TTL Trigger IN peut être utilisé pour déclencher en externe la détection de photons uniques dans un laps de temps spécifique.
Note: Reportez-vous toujours au manuel d'utilisation et aux instructions de sécurité fournies par Thorlabs GmbH pour des informations détaillées sur le dépannage, les données techniques, les courbes de performances, les dimensions, les précautions de sécurité, les certifications et conformités, la garantie et les coordonnées du fabricant.

Notre objectif est de développer et de produire les meilleures solutions pour vos applications dans le domaine des techniques de mesure optique. Pour nous aider à répondre à vos attentes et à améliorer constamment nos produits, nous avons besoin de vos idées et suggestions. Nous et nos partenaires internationaux sommes impatients d'avoir de vos nouvelles.

Avertissement
Les sections marquées par ce symbole expliquent les dangers pouvant entraîner des blessures corporelles ou la mort. Lisez toujours attentivement les informations associées avant d'effectuer la procédure indiquée

Attention
Les paragraphes précédés de ce symbole expliquent les dangers qui pourraient endommager l'instrument et l'équipement connecté ou entraîner une perte de données. Ce manuel contient également des « REMARQUES » et des « CONSEILS » rédigés sous cette forme. Merci de lire attentivement ce conseil !

Informations générales

Le détecteur de photons uniques SPDMA de Thorlabs utilise une photodiode à avalanche de silicium refroidie, spécialisée pour une plage de longueurs d'onde de 350 à 1100 600 nm avec une sensibilité maximale à XNUMX nm. Les photons entrants sont convertis en une impulsion TTL dans le détecteur. La connexion SMA offre un signal d'impulsion de sortie directe du module qui peut être viewed sur un oscilloscope ou connecté à un compteur externe. Un élément de refroidissement thermoélectrique (TEC) intégré stabilise la température de la diode pour réduire le taux de comptage d'obscurité. Le faible taux de comptage d'obscurité et l'efficacité élevée de détection des photons permettent la détection de niveaux de puissance allant jusqu'à fW. Le circuit de trempe active intégré à la diode du SPDMA permet des taux de comptage élevés. Le signal de sortie peut encore être optimisé par un réglage continu à l'aide de la vis de réglage du gain. À l'aide d'un signal TTL Trigger IN, le SPDMA peut être déclenché en externe pour sélectionner la période de détection de photons uniques. L'alignement optique est simplifié par la surface active relativement grande de la diode d'un diamètre de 500 mm. La diode est activement alignée en usine pour être concentrique à l'ouverture d'entrée, ce qui ajoute à la haute qualité de cet appareil. Pour une intégration flexible dans les systèmes optiques, le SPDMA s'adapte à tous les tubes d'objectif Thorlabs 1" ainsi qu'au système de cage Thorlabs 30 mm. Le SPDMA peut être monté dans des systèmes métriques ou impériaux grâce aux trous de montage à filetage combiné 8-32 et M4. Le produit comprend un coupleur SM1T1 SM1 qui adapte le filetage externe à un filetage interne et maintient la bague de retenue SM1RR et un capuchon de protection en plastique réutilisable. Une autre avancéetagLa raison en est que le SPDMA ne peut pas être endommagé par une lumière ambiante indésirable, ce qui est critique pour de nombreux tubes photomultiplicateurs.

Attention
Veuillez trouver toutes les informations de sécurité et les avertissements concernant ce produit dans le chapitre Sécurité en Annexe.

Codes de commande et accessoires

Détecteur SPDMA à photon unique, 350 nm – 1100 0.5 nm, diamètre de zone active 8 mm, trous de montage à filetage combiné compatibles avec les filetages 32-4 et MXNUMX

Accessoires inclus

• Alimentation (±12 V, 0.3 A / 5 V, 2.5 A)
• Capuchon en plastique (article n° SM1EC2B) sur un coupleur SM1T1 SM1 inclus avec un anneau de retenue SM1RR SM1.

Accessoires optionnels

• Tous les accessoires filetés Thorlabs internes ou externes SM1 (1.035″-40) sont compatibles avec le SPDMA.
• Le système de cage de 30 mm peut être monté sur le SPDMA.
• Veuillez visiter notre page d'accueil http://www.thorlabs.com pour divers accessoires tels que des adaptateurs de fibre, des poteaux et des supports de poteaux, des fiches techniques et des informations complémentaires.

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Liste des pièces
Veuillez inspecter le conteneur d'expédition pour déceler tout dommage. Veuillez ne pas couper le carton, car la boîte pourrait être nécessaire pour le stockage ou les retours. Si le conteneur d'expédition semble être endommagé, conservez-le jusqu'à ce que vous ayez inspecté son contenu et testé le SPDMA mécaniquement et électriquement. Vérifiez que vous avez reçu les éléments suivants dans le colis :

Détecteur de photons uniques SPDMA
Capuchon en plastique (article n° SM1EC2B) sur le coupleur SM1T1-SM1 avec un SM1RR-SM1

Bague de retenue
Alimentation (±12 V, 0.3 A / 5 V, 2.5 A) avec cordon d'alimentation, connecteur selon le pays de commande

Référence rapide

Mode d'emploi
Éléments de fonctionnement

Montage
Montage du SPDMA sur une table optique Montez le SPDMA sur un poteau optique en utilisant l'un des trois trous de montage taraudés sur les côtés gauche et droit et en bas de l'appareil. Les trous taraudés à filetage combiné acceptent les filetages 8-32 et M4, de sorte qu'il est possible d'utiliser des poteaux TR impériaux ou métriques.

Montage d'optiques externes
Le système client peut être fixé et aligné à l'aide du filetage externe SM1 ou des trous de montage 4-40 pour un système de cage de 30 mm. Les positions sont indiquées dans la section Éléments de commande. Le filetage externe SM1 accueille les adaptateurs filetés SM1 de Thorlabs (1.035″- 40) qui sont compatibles avec n'importe quel nombre d'accessoires filetés Thorlabs 1", comme des optiques externes, des filtres, des ouvertures, des adaptateurs de fibre ou des tubes d'objectif. Le SPDMA est livré avec un coupleur SM1T1 SM1 qui adapte le filetage externe à un filetage interne SM1. Un anneau de retenue dans le coupleur maintient le capuchon de protection. Veuillez dévisser le coupleur si nécessaire. Pour les accessoires, veuillez visiter notre webou contactez Thorlabs.

Installation
Après avoir monté le SPDMA, configurez le détecteur comme suit :

1. Allumez le SPDMA à l’aide de l’alimentation fournie.
2. Allumez le SPDMA à l’aide du bouton à bascule situé sur le côté de l’instrument.
3. Poussez le couvercle du voyant d'état pour voir l'état :
4.  Rouge : La LED sera initialement rouge lors de la connexion à l'alimentation électrique pour indiquer cette connexion et la nécessité d'attendre que le détecteur ait atteint la température de fonctionnement.
5. En quelques secondes, la diode refroidit et la LED d'état devient verte. La LED d'état reviendra au rouge lorsque la température de la diode est trop élevée. Si la LED est rouge, aucun signal n'est envoyé à la sortie d'impulsion.
6. Vert : Le détecteur est prêt à fonctionner. La diode est à température de fonctionnement et le signal arrive à la sortie impulsion.

Note
La LED d'état devient rouge chaque fois que la température de fonctionnement est trop élevée. Veuillez assurer une ventilation suffisante. Repoussez le couvercle devant la LED d'état pour éviter que la lumière LED ne perturbe la mesure. Pour augmenter l'efficacité de la détection des photons, tournez la vis de réglage du gain avec un tournevis plat (1.8 à 2.4 mm, 0.07″ à 3/32″). Pour plus d'informations sur le gain, veuillez vous référer au chapitre Principe de fonctionnement. Utilisez le gain minimum lorsqu'un faible taux de comptage d'obscurité est critique. Cela se fait au prix d’une faible efficacité de détection des photons. Utilisez le gain maximum lorsqu'il est souhaitable de collecter un nombre maximum de photons. Cela se fait au prix d’un taux de comptage sombre plus élevé. Étant donné que le temps entre la détection des photons et la sortie du signal change avec le réglage du gain, veuillez réévaluer ce paramètre après avoir modifié le réglage du gain.

Note
« Trigger In » et « Pulse Out » ont une impédance de 50 W. Assurez-vous que la source d'impulsions de déclenchement est capable de fonctionner sur une charge de 50 W et que l'appareil connecté à « Pulse Out » fonctionne à une impédance d'entrée de 50 W.

Principe de fonctionnement
Le SPDMA de Thorlabs utilise une photodiode à avalanche de silicium (Si APD), fonctionnant dans le sens inverse et polarisée légèrement au-delà du seuil de claquage vol.tage VBR (voir schéma ci-dessous, point A), également appelé vol d'avalanchetage. Ce mode de fonctionnement est également appelé « mode Geiger ». Un APD en mode Geiger restera dans un état métastable jusqu'à ce qu'un photon arrive et génère des porteurs de charge gratuits dans la jonction du PD. Ces porteurs de charges libres déclenchent une avalanche (point B), entraînant un courant important. Un circuit d'extinction actif intégré à l'APD limite le courant traversant l'APD afin d'éviter la destruction et réduit le volume de polarisation.tage en dessous du vol de pannetage VBR (point C) immédiatement après qu'un photon a déclenché une avalanche. Cela permet des taux de comptage élevés avec un temps mort entre les comptes à rebours jusqu'au temps mort spécifié au gain maximum. Ensuite, le biais voltage est restauré.

Pendant le temps d’extinction, appelé temps mort de la diode, l’APD est insensible aux autres photons entrants. Des avalanches déclenchées spontanément sont possibles lorsque la diode est dans un état métastable. Si ces avalanches spontanées se produisent de manière aléatoire, on les appelle des comptes sombres. Un élément TEC intégré stabilise la température de la diode en dessous de la température ambiante pour réduire le taux de comptage d'obscurité. Cela élimine le besoin d'un ventilateur et évite les vibrations mécaniques. Si les avalanches déclenchées spontanément sont corrélées dans le temps à une impulsion provoquée par un photon, on parle alors de post-impulsion.
Note
En raison des propriétés APD, tous les photons uniques ne peuvent pas être détectés. Les raisons en sont le temps mort intrinsèque de l'APD lors de la trempe et la non-linéarité du LAPD.

Réglage du gain
A l'aide de la vis de réglage du gain, un overvoltage au-delà de la panne voltage peut être ajusté au SPDMA. Cela augmente l'efficacité de la détection des photons mais également le taux de comptage d'obscurité. Veuillez noter que la probabilité d'une post-impulsion augmente légèrement avec des paramètres de gain plus élevés et que l'ajustement du gain affecte également le temps entre la détection des photons et la sortie du signal. Le temps mort augmente avec la diminution du gain.

Schéma fonctionnel et déclencheur IN

L'impulsion de courant générée par un photon entrant passe par un circuit de mise en forme d'impulsion, ce qui raccourcit la durée de l'impulsion TTL de sortie de l'APD. Sur la borne « Pulse Out », le signal du générateur d'impulsions est appliqué afin que les comptes puissent être viewed sur un oscilloscope ou enregistré par un compteur externe. En l'absence de déclencheur, la porte est fermée et laisse sortir le signal. Le gain modifie le biais (overvoltage) sur l'APD. La polarisation est physiquement guidée à travers l'élément de trempe active mais n'a pas d'impact sur la trempe active.

Déclencheur TTL
Le déclencheur TTL permet une activation sélective de la sortie d'impulsion : à une entrée de déclenchement élevée (spécifiée dans les données techniques), le signal arrive à Pulse Out. Il s'agit de la valeur par défaut lorsqu'aucun signal TTL externe n'est appliqué comme déclencheur. Chaque fois qu'un signal d'entrée de déclenchement TTL est utilisé, l'entrée TTL par défaut doit être « Low ». Le signal de la détection de photons est envoyé à Pulse Out en tant que volume d'entrée de déclenchement.tage passe à « High ». Les signaux haut et bas sont spécifiés dans la section Données techniques.
Note
« Trigger In » et « Pulse Out » ont une impédance de 50 W. Assurez-vous que la source d'impulsions de déclenchement est capable de fonctionner sur une charge de 50 W et que l'appareil connecté à « Pulse Out » fonctionne à une impédance d'entrée de 50 W.

Maintenance et service

Protégez le SPDMA des conditions météorologiques défavorables. Le SPDMA n’est pas résistant à l’eau.

Attention
Pour éviter d'endommager l'instrument, ne l'exposez pas aux pulvérisations, liquides ou solvants ! L'unité ne nécessite pas d'entretien régulier de la part de l'utilisateur. Il ne contient aucun module et/ou composant réparable par l'utilisateur. En cas de dysfonctionnement, veuillez contacter Thorlabs pour obtenir les instructions de retour. Ne retirez pas les couvercles !

Dépannage

Surchauffe de l'APD indiquée Le circuit de contrôle de la température a reconnu que la température réelle de l'APD dépassait le point de consigne. Dans des conditions normales de fonctionnement, cela ne devrait pas se produire, même après un fonctionnement à long terme. Cependant, une augmentation au-delà des limites de la plage de température de fonctionnement spécifiée ou un rayonnement thermique excessif sur le détecteur peut provoquer une alerte de surchauffe. La LED d'état deviendra rouge pour indiquer une surchauffe. Assurer une circulation d'air suffisante autour de l'appareil ou fournir un refroidissement passif externe

Appendice
Données techniques
Toutes les données techniques sont valables à 45 ± 15% rel. humidité (sans condensation).

1. La valeur par défaut en l'absence de signal TTL est > 2 V, permettant le signal vers la sortie d'impulsion. Le comportement du détecteur n'est pas défini entre 0.8 V et 2 V.
2. Sans condensation

Définitions
L'extinction active se produit lorsqu'un discriminateur rapide détecte l'apparition brutale du courant d'avalanche, libéré par un photon, et réduit rapidement le volume de polarisation.tage pour qu'il soit momentanément en dessous de la panne. Le biais est alors ramené à une valeur supérieure au vol de claquage.tage en préparation de la détection du prochain photon. Afterpulsing : lors d'une avalanche, certaines charges peuvent être piégées dans la région du champ élevé. Lorsque ces charges sont libérées, elles peuvent déclencher une avalanche. Ces événements parasites sont appelés rémanences. La durée de vie de ces charges piégées est de l’ordre de 0.1 μs à 1 μs. Il est donc probable qu’une post-impulsion se produise directement après une impulsion de signal.

Le temps mort est l'intervalle de temps que le détecteur passe dans son état de récupération. Pendant ce temps, il est effectivement aveugle aux photons entrants. Taux de comptage dans l'obscurité : Il s'agit du taux moyen de comptages enregistrés en l'absence de toute lumière incidente et détermine le taux de comptage minimum auquel le signal est principalement provoqué par des photons réels. Les événements de fausse détection sont pour la plupart d'origine thermique et peuvent donc être fortement supprimés en utilisant un détecteur refroidi. Mode Geiger : Dans ce mode, la diode fonctionne légèrement au-dessus du seuil de claquage vol.tage. Ainsi, une seule paire électron-trou (générée par l’absorption d’un photon ou par une fluctuation thermique) peut déclencher une forte avalanche. Facteur d'ajustement du gain : Il s'agit du facteur par lequel le gain peut être augmenté. Saturation de l'APD : le nombre de photons par un APD n'est pas exactement linéairement proportionnel à la puissance optique CW incidente ; la déviation augmente progressivement avec l'augmentation de la puissance optique. Cette non-linéarité conduit à un nombre erroné de photons à des niveaux de puissance d'entrée élevés. À un certain niveau de puissance d’entrée, le nombre de photons commence même à diminuer avec une nouvelle augmentation de la puissance optique. Chaque SPDMA livré est testé pour le comportement de saturation approprié pour ressembler à cet example.

Graphiques de performances
Efficacité typique de la détection des photons

Signal de sortie d'impulsion

Dimension

Sécurité
La sécurité de tout système intégrant l'équipement relève de la responsabilité de l'assembleur du système. Toutes les déclarations concernant la sécurité de fonctionnement et les données techniques contenues dans ce manuel d'instructions ne s'appliquent que lorsque l'appareil est utilisé correctement comme il a été conçu. Le SPDMA ne doit pas être utilisé dans des environnements à risque d'explosion ! N'obstruez pas les fentes d'aération du boîtier ! Ne retirez pas les couvercles et n'ouvrez pas le boîtier. Il n’y a aucune pièce réparable par l’utilisateur à l’intérieur ! Cet appareil de précision n'est utilisable que s'il est retourné et correctement emballé dans son emballage d'origine complet, y compris les inserts en carton. Si nécessaire, demandez un emballage de remplacement. Confiez l'entretien à du personnel qualifié ! Aucune modification de cet appareil ne peut être apportée et aucun composant non fourni par Thorlabs ne peut être utilisé sans le consentement écrit de Thorlabs.

Attention
Avant de mettre le SPDMA sous tension, assurez-vous que le conducteur de protection du cordon d'alimentation secteur à 3 conducteurs est correctement connecté au contact de terre de protection de la prise de courant ! Une mise à la terre incorrecte peut provoquer un choc électrique entraînant des dommages à votre santé, voire la mort ! Tous les modules doivent être exploités uniquement avec des câbles de connexion dûment blindés.

Attention
La déclaration suivante s'applique aux produits couverts dans ce manuel, sauf indication contraire dans les présentes. La déclaration pour les autres produits apparaîtra dans la documentation d'accompagnement correspondante.
Note
Cet équipement a été testé et jugé conforme aux limites d'un appareil numérique de classe B, conformément à la partie 15 des règles de la FCC et répond à toutes les exigences de la norme canadienne sur les équipements provoquant des interférences ICES-003 pour les appareils numériques. Ces limites sont conçues pour fournir une protection raisonnable contre les interférences nuisibles dans une installation résidentielle. Cet équipement génère, utilise et peut émettre de l'énergie radiofréquence et, s'il n'est pas installé et utilisé conformément aux instructions, peut provoquer des interférences nuisibles aux communications radio. Cependant, rien ne garantit que des interférences ne se produiront pas dans une installation particulière. Si cet équipement provoque des interférences nuisibles à la réception radio ou télévision, ce qui peut être déterminé en éteignant et en allumant l'équipement, l'utilisateur est encouragé à essayer de corriger les interférences en prenant une ou plusieurs des mesures suivantes :

• Réorienter ou déplacer l’antenne de réception.
• Augmenter la séparation entre l’équipement et le récepteur.
• Connectez l’équipement à une prise sur un circuit différent de celui auquel le récepteur est connecté.
• Consultez le revendeur ou un technicien radio/TV expérimenté pour obtenir de l’aide.
• Les utilisateurs qui changent ou modifient le produit décrit dans ce manuel d'une manière non expressément approuvée par Thorlabs (la partie responsable de la conformité) pourraient annuler le droit de l'utilisateur à utiliser l'équipement.

Thorlabs GmbH n'est pas responsable des interférences radio-télévision causées par des modifications de cet équipement ou la substitution ou la fixation de câbles de connexion et d'équipements autres que ceux spécifiés par Thorlabs. La correction des interférences causées par une telle modification, substitution ou fixation non autorisée relèvera de la responsabilité de l'utilisateur. L'utilisation de câbles d'E/S blindés est requise lors de la connexion de cet équipement à tout périphérique ou périphérique hôte en option. Ne pas le faire peut enfreindre les règles de la FCC et du ICES.

Attention
Les téléphones mobiles, téléphones portables ou autres émetteurs radio ne doivent pas être utilisés dans un rayon de trois mètres de cet appareil car l'intensité du champ électromagnétique peut alors dépasser les valeurs de perturbation maximales autorisées selon la norme CEI 61326-1. Ce produit a été testé et déclaré conforme aux limites selon la norme CEI 61326-1 pour l'utilisation de câbles de connexion d'une longueur inférieure à 3 mètres (9.8 pieds).

Certifications et conformités

Garantie

Documents / Ressources

Module de détection de photons uniques Thorlabs SPDMA [pdf] Manuel de l'utilisateur Module de détection de photons uniques SPDMA, SPDMA, module de détection de photons uniques, module de détection de photons, module de détection, module

Références

• Manuel d'utilisation