Modulo di rilevamento di fotoni singoli Thorlabs SPDMA

Informazioni sul prodotto

• Nome del prodotto: Rivelatore a fotone singolo SPDMA
• Produttore: Thorlabs GmbH
• Versione: 1.0
• Data: 08-dic-2021

Informazioni generali
Il rilevatore di fotone singolo SPDMA di Thorlabs è progettato per tecniche di misurazione ottica. Utilizza un fotodiodo a valanga in silicio raffreddato specializzato per un intervallo di lunghezze d'onda compreso tra 350 e 1100 nm, con sensibilità massima a 600 nm. Il rilevatore converte i fotoni in arrivo in un segnale a impulsi TTL, che può essere viewinserito su un oscilloscopio o collegato ad un contatore esterno tramite la connessione SMA. L'SPDMA è dotato di un elemento Thermo Electric Cooler (TEC) integrato che stabilizza la temperatura del diodo, riducendo il tasso di conteggio oscuro. Ciò consente un'elevata efficienza di rilevamento dei fotoni e consente il rilevamento di livelli di potenza fino a fW. Il diodo incorpora anche un circuito di quench attivo per velocità di conteggio elevate. Il segnale in uscita può essere ottimizzato utilizzando la vite di regolazione del guadagno.

Il rilevatore può essere attivato esternamente utilizzando un segnale TTL Trigger IN per selezionare l'intervallo di tempo per il rilevamento di singoli fotoni. L'allineamento ottico è facilitato dall'area attiva relativamente ampia del diodo, che ha un diametro di 500 mm. Il diodo è allineato in fabbrica per essere concentrico con l'apertura di ingresso, garantendo prestazioni di alta qualità. L'SPDMA è compatibile con i tubi per lenti Thorlabs da 1” e il sistema Cage Thorlabs da 30 mm, consentendo un'integrazione flessibile nei sistemi ottici. Può essere montato in sistemi metrici o imperiali utilizzando i fori di montaggio con filettatura combinata 8-32 e M4. Il prodotto include un accoppiatore SM1T1 SM1, che adatta la filettatura esterna a una filettatura interna, insieme a un anello di ritenuta SM1RR e un cappuccio di copertura protettivo in plastica riutilizzabile.

Istruzioni per l'uso del prodotto
Montaggio

1. Identifica il sistema di montaggio appropriato per la tua configurazione (metrico o imperiale).
2. Allineare l'SPDMA con i fori di montaggio del sistema scelto.
3. Fissare saldamente l'SPDMA utilizzando viti o bulloni idonei.

Impostare

1. Collegare l'SPDMA all'alimentazione secondo le specifiche fornite.
2. Se necessario, collegare un oscilloscopio o un contatore esterno alla connessione SMA per monitorare il segnale dell'impulso in uscita.
3. Se si utilizza un trigger esterno, collegare il segnale TTL Trigger IN alla porta di ingresso appropriata sull'SPDMA.
4. Assicurarsi che la temperatura del diodo sia stabilizzata concedendo un tempo sufficiente affinché l'elemento del dispositivo di raffreddamento termoelettrico (TEC) raggiunga la sua temperatura operativa.
5. Eseguire tutte le regolazioni del guadagno necessarie utilizzando la vite di regolazione del guadagno per ottimizzare il segnale di uscita.

Principio di funzionamento
L'SPDMA funziona convertendo i fotoni in arrivo in un segnale di impulso TTL utilizzando il fotodiodo a valanga al silicio raffreddato. Il circuito di quench attivo integrato nel diodo consente velocità di conteggio elevate. Il segnale TTL Trigger IN può essere utilizzato per attivare esternamente il rilevamento di singoli fotoni entro un intervallo di tempo specifico.
Nota: Fare sempre riferimento al manuale dell'utente e alle istruzioni di sicurezza fornite da Thorlabs GmbH per informazioni dettagliate su risoluzione dei problemi, dati tecnici, grafici delle prestazioni, dimensioni, precauzioni di sicurezza, certificazioni e conformità, garanzia e dettagli di contatto del produttore.

Il nostro obiettivo è sviluppare e produrre le migliori soluzioni per le vostre applicazioni nel campo delle tecniche di misurazione ottica. Per aiutarci a soddisfare le vostre aspettative e migliorare costantemente i nostri prodotti, abbiamo bisogno delle vostre idee e dei vostri suggerimenti. Noi e i nostri partner internazionali non vediamo l'ora di sentirti.

Avvertimento
Le sezioni contrassegnate da questo simbolo spiegano i pericoli che potrebbero causare lesioni personali o morte. Leggere sempre attentamente le informazioni associate prima di eseguire la procedura indicata

Attenzione
I paragrafi preceduti da questo simbolo spiegano i pericoli che potrebbero danneggiare lo strumento e le apparecchiature collegate o causare la perdita di dati. Questo manuale contiene anche “NOTE” e “SUGGERIMENTI” scritti in questa forma. Si prega di leggere attentamente questo consiglio!

Informazioni generali

Il rilevatore a fotone singolo SPDMA di Thorlabs utilizza un fotodiodo a valanga in silicio raffreddato, specializzato per un intervallo di lunghezze d'onda da 350 a 1100 nm con una sensibilità massima a 600 nm. I fotoni in arrivo vengono convertiti in un impulso TTL nel rilevatore. La connessione SMA offre un segnale di impulso in uscita diretto dal modulo che può essere viewinserito su un oscilloscopio o collegato a un contatore esterno. Un elemento Thermo Electric Cooler (TEC) integrato stabilizza la temperatura del diodo per ridurre il tasso di conteggio oscuro. Il basso tasso di conteggio del buio e l'elevata efficienza di rilevamento dei fotoni consentono il rilevamento di livelli di potenza fino a fW. Il circuito di quench attivo integrato nel diodo dell'SPDMA consente velocità di conteggio elevate. Il segnale di uscita può essere ulteriormente ottimizzato mediante la regolazione continua utilizzando la vite di regolazione del guadagno. Utilizzando un segnale TTL Trigger IN, l'SPDMA può essere attivato esternamente per selezionare l'intervallo di tempo per il rilevamento di singoli fotoni. L'allineamento ottico è semplificato dall'area attiva relativamente ampia del diodo con un diametro di 500 mm. Il diodo è attivamente allineato in fabbrica per essere concentrico con l'apertura di ingresso, il che contribuisce all'elevata qualità di questo dispositivo. Per un'integrazione flessibile nei sistemi ottici, l'SPDMA può ospitare qualsiasi tubo per lenti Thorlabs da 1" e il sistema Cage Thorlabs da 30 mm. L'SPDMA può essere montato in sistemi metrici o imperiali grazie ai fori di montaggio con filettatura combinata 8-32 e M4. Il prodotto include un accoppiatore SM1T1 SM1 che adatta la filettatura esterna a una filettatura interna e sostiene l'anello di sicurezza SM1RR e un cappuccio di copertura protettivo in plastica riutilizzabile. Un altro vantaggiotage è che l'SPDMA non può essere danneggiato dalla luce ambientale indesiderata, che è fondamentale per molti tubi fotomoltiplicatori.

Attenzione
Si prega di trovare tutte le informazioni sulla sicurezza e le avvertenze relative a questo prodotto nel capitolo Sicurezza in Appendice.

Codici di ordinazione e accessori

Rilevatore a fotone singolo SPDMA, 350 nm – 1100 nm, diametro area attiva 0.5 mm, fori di montaggio con filettatura combinata compatibili con filettature 8-32 e M4

Accessori inclusi

• Alimentazione (±12 V, 0.3 A / 5 V, 2.5 A)
• Tappo di copertura in plastica (articolo n. SM1EC2B) su un accoppiatore SM1T1 SM1 incluso con un anello di ritenzione SM1RR SM1.

Accessori opzionali

• Tutti gli accessori filettati interni o esterni Thorlabs SM1 (1.035″-40) sono compatibili con SPDMA.
• Il sistema Cage da 30 mm può essere montato sull'SPDMA.
• Si prega di visitare la nostra homepage http://www.thorlabs.com per accessori vari come adattatori per fibra, pali e portapali, schede tecniche e ulteriori informazioni.

Iniziare

Elenco delle parti
Si prega di ispezionare il contenitore di spedizione per eventuali danni. Si prega di non tagliare il cartone, poiché la scatola potrebbe essere necessaria per la conservazione o la restituzione. Se il contenitore di spedizione sembra danneggiato, conservarlo fino a quando non si avrà ispezionato la completezza del contenuto e testato l'SPDMA dal punto di vista meccanico ed elettrico. Verifica di aver ricevuto i seguenti articoli all'interno del pacco:

Rilevatore di fotone singolo SPDMA
Tappo di copertura in plastica (codice articolo SM1EC2B) sull'accoppiatore SM1T1-SM1 con un SM1RR-SM1

Anello di ritegno
Alimentatore (±12 V, 0.3 A / 5 V, 2.5 A) con cavo di alimentazione, connettore in base al paese dell'ordine

Riferimento rapido

Istruzioni per l'uso
Elementi operativi

Montaggio
Montaggio dell'SPDMA su un tavolo ottico Montare l'SPDMA su un palo ottico utilizzando uno dei tre fori di montaggio filettati sul lato sinistro e destro e sul fondo del dispositivo. I fori maschiati a filettatura combinata accettano sia filettature 8-32 che M4, in modo tale che sia possibile utilizzare montanti TR imperiali o metrici.

Montaggio dell'ottica esterna
Il sistema del cliente può essere fissato e allineato utilizzando la filettatura esterna SM1 o i fori di montaggio 4-40 per un sistema a gabbia da 30 mm. Le posizioni sono indicate nella sezione Elementi Operativi. La filettatura esterna SM1 è adatta agli adattatori Thorlabs con filettatura SM1 (1.035″- 40) compatibili con qualsiasi numero di accessori filettati Thorlabs da 1”, come ottiche esterne, filtri, aperture, adattatori per fibre o tubi per lenti. L'SPDMA viene fornito con un accoppiatore SM1T1 SM1 che adatta la filettatura esterna a una filettatura interna SM1. Un anello di ritenzione nell'accoppiatore mantiene il cappuccio di copertura protettivo. Se necessario, svitare l'accoppiatore. Per gli accessori, visitare il nostro websito o contattare Thorlabs.

Impostare
Dopo aver montato l'SPDMA, impostare il rilevatore come segue:

1. Accendi l'SPDMA utilizzando l'alimentatore incluso.
2. Accendere l'SPDMA utilizzando il pulsante di attivazione/disattivazione sul lato dello strumento.
3. Spingere il coperchio dal LED di stato per vedere lo stato:
4.  Rosso: il LED sarà inizialmente rosso al momento della connessione all'alimentazione per indicare questa connessione e la necessità di attendere finché il rilevatore non avrà raggiunto la temperatura operativa.
5. Entro pochi secondi il diodo si raffredda e il LED di stato diventa verde. Il LED di stato tornerà rosso quando la temperatura del diodo è troppo alta. Se il LED è rosso, non viene inviato alcun segnale all'uscita a impulsi.
6. Verde: il rilevatore è pronto per il funzionamento. Il diodo è alla temperatura di esercizio e il segnale arriva all'uscita a impulsi.

Nota
Il LED di stato diventerà rosso ogni volta che la temperatura operativa è troppo alta. Si prega di garantire una ventilazione sufficiente. Spingere nuovamente il coperchio davanti al LED di stato per evitare che la luce LED disturbi la misurazione. Per aumentare l'efficienza di rilevamento dei fotoni, ruotare la vite di regolazione del guadagno con un cacciavite a taglio (da 1.8 a 2.4 mm, da 0.07" a 3/32"). Per maggiori informazioni sul guadagno fare riferimento al capitolo Principio di funzionamento. Utilizzare Guadagno minimo quando un tasso di conteggio scuro basso è fondamentale. Ciò va a scapito della bassa efficienza di rilevamento dei fotoni. Utilizzare Guadagno massimo quando è desiderabile raccogliere un numero massimo di fotoni. Ciò avviene a costo di un tasso di conteggio oscuro più elevato. Poiché il tempo che intercorre tra il rilevamento dei fotoni e l'uscita del segnale cambia con l'impostazione del guadagno, rivalutare questo parametro dopo aver modificato l'impostazione del guadagno.

Nota
“Trigger In” e “Pulse Out” hanno un'impedenza di 50 W. Assicurarsi che la sorgente dell'impulso di trigger sia in grado di funzionare con un carico di 50 W e che il dispositivo collegato a “Pulse Out” funzioni con un'impedenza di ingresso di 50 W.

Principio di funzionamento
Il Thorlabs SPDMA utilizza un fotodiodo a valanga al silicio (Si APD), azionato nella direzione opposta e polarizzato leggermente oltre la soglia di rottura voltage VBR (vedi schema sotto, punto A), detta anche valanga voltage. Questa modalità operativa è nota anche come “modalità Geiger”. Un APD in modalità Geiger rimarrà in uno stato metastabile finché un fotone non arriva e genera portatori di carica gratuiti nella giunzione del PD. Questi portatori a carica gratuita innescano una valanga (punto B), che porta ad una corrente significativa. Un circuito di spegnimento attivo integrato nell'APD limita la corrente attraverso l'APD per evitare la distruzione e abbassare il volume di polarizzazionetage sotto la ripartizione voltage VBR (punto C) immediatamente dopo che un fotone ha rilasciato una valanga. Ciò consente velocità di conteggio elevate con tempi morti tra i conteggi fino al tempo morto specificato al massimo guadagno. Successivamente, il bias voltage viene ripristinato.

Durante il tempo di spegnimento, noto come tempo morto del diodo, l'APD è insensibile a qualsiasi altro fotone in arrivo. Sono possibili valanghe che si innescano spontaneamente mentre il diodo si trova in uno stato metastabile. Se queste valanghe spontanee si verificano in modo casuale, vengono chiamate conteggi oscuri. Un elemento TEC integrato stabilizza la temperatura del diodo al di sotto della temperatura ambiente per ridurre il tasso di conteggio oscuro. Ciò elimina la necessità di una ventola ed evita vibrazioni meccaniche. Nel caso in cui le valanghe innescate spontaneamente siano correlate nel tempo con un impulso provocato da un fotone, si parla di postimpulso.
Nota
A causa delle proprietà APD, non tutti i singoli fotoni potrebbero essere rilevati. Le ragioni sono il tempo morto intrinseco dell'APD durante il quenching e la non linearità dell'LAPD.

Regolazione del guadagno
Usando la vite di regolazione del guadagno, un overvoltage oltre la rottura voltage può essere adattato all'SPDMA. Ciò aumenta l'efficienza di rilevamento dei fotoni ma anche il tasso di conteggio del buio. Tieni presente che la probabilità di postpulsazione aumenta leggermente con impostazioni di guadagno più elevate e che la regolazione del guadagno influisce anche sul tempo che intercorre tra il rilevamento dei fotoni e l'uscita del segnale. Il tempo morto aumenta al diminuire del guadagno.

Diagramma a blocchi e Trigger IN

L'impulso di corrente generato da un fotone in arrivo passa attraverso un circuito di modellazione dell'impulso, che riduce la durata dell'impulso TTL in uscita dall'APD. Sul terminale “Pulse Out” viene applicato il segnale proveniente dal formatore di impulsi in modo che i conteggi possano essere eseguiti viewrilevati da un oscilloscopio o registrati da un contatore esterno. In assenza di Trigger, il cancello è chiuso e consente l'uscita del segnale. Il guadagno modifica il bias (overvoltage) sull'APD. Il Bias è guidato fisicamente attraverso l'elemento di quench attivo ma non influisce sul quench attivo.

Trigger TTL
Il Trigger TTL consente l'attivazione selettiva dell'uscita a impulsi: ad un Ingresso Trigger alto (specificato nei Dati Tecnici) il segnale arriva a Pulse Out. Questa è l'impostazione predefinita ogni volta che non viene applicato alcun segnale TTL esterno come trigger. Ogni volta che viene utilizzato un segnale di ingresso trigger TTL, l'ingresso TTL predefinito deve essere “Basso”. Il segnale proveniente dal rilevamento dei fotoni viene inviato a Pulse Out come Trigger Input voltage passa a “Alto”. I segnali alto e basso sono specificati nella sezione Dati tecnici.
Nota
“Trigger In” e “Pulse Out” hanno un'impedenza di 50 W. Assicurarsi che la sorgente dell'impulso di trigger sia in grado di funzionare con un carico di 50 W e che il dispositivo collegato a “Pulse Out” funzioni con un'impedenza di ingresso di 50 W.

Manutenzione e assistenza

Proteggere l'SPDMA dalle condizioni atmosferiche avverse. L'SPDMA non è resistente all'acqua.

Attenzione
Per evitare danni allo strumento, non esporlo a spruzzi, liquidi o solventi! L'unità non necessita di regolare manutenzione da parte dell'utente. Non contiene moduli e/o componenti che potrebbero essere riparati dall'utente. Se si verifica un malfunzionamento, contattare Thorlabs per istruzioni sulla restituzione. Non rimuovere le coperture!

Risoluzione dei problemi

Indicazione temperatura eccessiva APD Il circuito di controllo della temperatura ha riconosciuto che la temperatura effettiva dell'APD ha superato il punto impostato. In condizioni di funzionamento normali, ciò non dovrebbe accadere, anche dopo un funzionamento a lungo termine. Tuttavia, un aumento oltre i limiti dell'intervallo di temperatura operativa specificato o un'eccessiva radiazione termica sul rilevatore possono causare un avviso di sovratemperatura. Il LED di stato diventerà rosso per indicare il surriscaldamento. Garantire un flusso d'aria sufficiente attorno al dispositivo o fornire un raffreddamento passivo esterno

Appendice
Dati tecnici
Tutti i dati tecnici sono validi a 45 ± 15% rel. umidità (senza condensa).

1. Il valore predefinito in assenza di un segnale TTL è > 2 V, consentendo il segnale all'uscita a impulsi. Il comportamento del rilevatore non è definito tra 0.8 V e 2 V.
2. Senza condensa

Definizioni
L'estinzione attiva si verifica quando un discriminatore veloce rileva l'inizio ripido della corrente di valanga, rilasciato da un fotone, e riduce rapidamente il bias voltage in modo che sia momentaneamente al di sotto della ripartizione. Il bias viene quindi riportato a un valore superiore al breakdown voltage in preparazione per il rilevamento del fotone successivo. Afterpulsing: durante una valanga, alcune cariche possono rimanere intrappolate nella zona di campo alto. Quando queste cariche vengono rilasciate, possono innescare una valanga. Questi eventi spuri sono chiamati afterpulses. La durata di queste cariche intrappolate è dell'ordine da 0.1 μs a 1 μs. Pertanto, è probabile che un impulso successivo si verifichi direttamente dopo un impulso di segnale.

Dead Time è l'intervallo di tempo trascorso dal rilevatore nello stato di ripristino. Durante questo periodo, è effettivamente cieco ai fotoni in arrivo. Tasso di conteggio oscuro: questo è il tasso medio di conteggi registrati in assenza di luce incidente e determina il tasso di conteggio minimo al quale il segnale è causato prevalentemente da fotoni reali. Gli eventi di falsa rilevazione sono per lo più di origine termica e possono quindi essere fortemente soppressi utilizzando un rilevatore raffreddato. Modalità Geiger: in questa modalità, il diodo viene fatto funzionare leggermente al di sopra della soglia di rottura voltage. Quindi, una singola coppia elettrone-lacuna (generata dall'assorbimento di un fotone o da una fluttuazione termica) può innescare una forte valanga. Fattore di regolazione del guadagno: questo è il fattore in base al quale è possibile aumentare il guadagno. Saturazione dell'APD: il conteggio dei fotoni da parte di un APD non è esattamente linearmente proporzionale alla potenza ottica CW incidente; la deviazione aumenta gradualmente con l'aumentare della potenza ottica. Questa non linearità porta al conteggio errato dei fotoni a livelli elevati di potenza in ingresso. Ad un certo livello di potenza in ingresso, il numero di fotoni inizia addirittura a diminuire con un ulteriore aumento della potenza ottica. Ogni SPDMA consegnato viene testato per un comportamento di saturazione appropriato per assomigliare a questo examplui.

Trame delle prestazioni
Efficienza tipica di rilevamento dei fotoni

Segnale di impulso in uscita

Dimensione

Sicurezza
La sicurezza di qualsiasi sistema che incorpora l'apparecchiatura è responsabilità dell'assemblatore del sistema. Tutte le dichiarazioni relative alla sicurezza di funzionamento e ai dati tecnici contenute in questo manuale di istruzioni si applicano solo quando l'unità viene utilizzata correttamente come è stata progettata. L'SPDMA non deve essere utilizzato in ambienti a rischio di esplosione! Non ostruire le fessure di ventilazione dell'alloggiamento! Non rimuovere i coperchi né aprire l'armadietto. All'interno non sono presenti parti riparabili dall'utente! Questo dispositivo di precisione è utilizzabile solo se restituito e adeguatamente imballato nella confezione originale completa, compresi gli inserti in cartone. Se necessario richiedere l'imballaggio sostitutivo. Affidare la manutenzione a personale qualificato! Non è possibile apportare modifiche a questo dispositivo né utilizzare componenti non forniti da Thorlabs senza il consenso scritto di Thorlabs.

Attenzione
Prima di alimentare l'SPDMA, assicurarsi che il conduttore protettivo del cavo di alimentazione di rete a 3 conduttori sia collegato correttamente al contatto di terra protettivo della presa! Una messa a terra inadeguata può causare scosse elettriche con conseguenti danni alla salute o addirittura la morte! Tutti i moduli devono essere utilizzati esclusivamente con cavi di collegamento debitamente schermati.

Attenzione
La seguente dichiarazione si applica ai prodotti trattati nel presente manuale se non diversamente specificato nel presente documento. La dichiarazione per gli altri prodotti apparirà nella rispettiva documentazione accompagnatoria.
Nota
Questa apparecchiatura è stata testata ed è risultata conforme ai limiti dei dispositivi digitali di Classe B, ai sensi della Parte 15 delle norme FCC e soddisfa tutti i requisiti dello standard canadese ICES-003 per le apparecchiature che causano interferenze per gli apparecchi digitali. Questi limiti sono progettati per fornire una protezione ragionevole contro interferenze dannose in un'installazione residenziale. Questa apparecchiatura genera, utilizza e può irradiare energia in radiofrequenza e, se non installata e utilizzata in conformità con le istruzioni, può causare interferenze dannose alle comunicazioni radio. Tuttavia, non vi è alcuna garanzia che non si verifichino interferenze in una particolare installazione. Se questa apparecchiatura causa interferenze dannose alla ricezione radiofonica o televisiva, cosa che può essere determinata spegnendo e accendendo l'apparecchiatura, si consiglia all'utente di provare a correggere l'interferenza adottando una o più delle seguenti misure:

• Riorientare o riposizionare l'antenna ricevente.
• Aumentare la distanza tra l'apparecchiatura e il ricevitore.
• Collegare l'apparecchiatura a una presa di corrente appartenente a un circuito diverso da quello a cui è collegato il ricevitore.
• Per assistenza, consultare il rivenditore o un tecnico radio/TV esperto.
• Gli utenti che cambiano o modificano il prodotto descritto in questo manuale in un modo non espressamente approvato da Thorlabs (la parte responsabile della conformità) potrebbero annullare l'autorità dell'utente a utilizzare l'apparecchiatura.

Thorlabs GmbH non è responsabile per eventuali interferenze radiotelevisive causate da modifiche di questa apparecchiatura o dalla sostituzione o dal collegamento di cavi di collegamento e apparecchiature diverse da quelle specificate da Thorlabs. La correzione delle interferenze causate da tali modifiche, sostituzioni o allegati non autorizzati sarà responsabilità dell'utente. È necessario l'uso di cavi I/O schermati quando si collega questa apparecchiatura a qualsiasi periferica o dispositivo host opzionale. In caso contrario, si potrebbe violare le norme FCC e ICES.

Attenzione
Telefoni cellulari, telefoni cellulari o altri trasmettitori radio non devono essere utilizzati nel raggio di tre metri da questa unità poiché l'intensità del campo elettromagnetico potrebbe superare i valori di disturbo massimi consentiti secondo la norma IEC 61326-1. Questo prodotto è stato testato ed è risultato conforme ai limiti previsti dalla norma IEC 61326-1 per l'utilizzo di cavi di collegamento di lunghezza inferiore a 3 metri (9.8 piedi).

Certificazioni e Conformità

Garanzia

Documenti / Risorse

Modulo di rilevamento di fotoni singoli Thorlabs SPDMA [pdf] Manuale d'uso SPDMA Modulo di rilevamento di fotone singolo, SPDMA, Modulo di rilevamento di fotone singolo, Modulo di rilevamento di fotoni, Modulo di rilevamento, Modulo

Riferimenti

• Manuale d'uso