当社のSPDMA単一光子検出モジュール

製品情報

• 製品名: 単一光子検出器 SPDMA
• メーカー: Thorlabs GmbH
• バージョン: 1.0
• 日付： 08年2021月XNUMX日

一般情報
当社のSPDMA単一光子検出器は、光学測定技術用に設計されています。 350 ～ 1100 nm の波長範囲に特化した冷却シリコン アバランシェ フォトダイオードを使用しており、最大感度は 600 nm です。 検出器は、入ってくる光子を TTL パルス信号に変換します。 viewオシロスコープで実行するか、SMA 接続を介して外部カウンタに接続します。 SPDMA は、ダイオードの温度を安定させ、暗計数率を低減する統合サーモエレクトリック クーラー (TEC) 要素を備えています。 これにより、高い光子検出効率が可能になり、fW までのパワーレベルの検出が可能になります。 このダイオードには、高い計数率を実現するアクティブクエンチング回路も組み込まれています。 ゲイン調整ネジを使用して出力信号を最適化できます。

TTL トリガー IN 信号を使用して検出器を外部からトリガーして、単一光子の検出の時間枠を選択できます。 直径が 500 mm であるダイオードのアクティブ領域が比較的大きいため、光学的な位置合わせが容易になります。 ダイオードは工場で入力開口部と同心になるように調整されており、高品質のパフォーマンスを保証します。 SPDMAは、当社の1インチレンズチューブおよび当社の30 mmケージシステムと互換性があり、光学システムへの柔軟な統合が可能です。 8-32 および M4 コンビネジ取り付け穴を使用して、メートル法またはインチ法で取り付けることができます。 この製品には、おねじをめねじに適合させる SM1T1 SM1 カプラー、SM1RR リテーニング リング、および再利用可能な保護プラスチック カバー キャップが含まれています。

製品使用説明書
取り付け

1. セットアップに適切な取り付けシステム (メートル法またはインチ法) を特定します。
2. SPDMA を選択したシステムの取り付け穴に合わせます。
3. 適切なネジまたはボルトを使用して SPDMA をしっかりと固定します。

設定

1. 提供された仕様に従って、SPDMA を電源に接続します。
2. 必要に応じて、オシロスコープまたは外部カウンタを SMA 接続に接続して、出力パルス信号を監視します。
3. 外部トリガーを使用する場合は、TTL トリガー IN 信号を SPDMA の適切な入力ポートに接続します。
4. サーモエレクトリッククーラー (TEC) 素子が動作温度に達するまで十分な時間を確保することで、ダイオードの温度が安定するようにします。
5. 出力信号を最適化するために、ゲイン調整ネジを使用して必要なゲイン調整を実行します。

動作原理
SPDMA は、冷却されたシリコン アバランシェ フォトダイオードを使用して、入ってくる光子を TTL パルス信号に変換することによって動作します。 ダイオードに統合されたアクティブクエンチング回路により、高い計数率が可能になります。 TTL トリガー IN 信号を使用すると、特定の時間枠内で単一光子の検出を外部からトリガーできます。
注記: トラブルシューティング、技術データ、性能プロット、寸法、安全上の注意、認証と準拠、保証、メーカーの連絡先の詳細については、Thorlabs GmbH が提供するユーザーマニュアルと安全上の注意事項を必ず参照してください。

私たちは、光学測定技術の分野で、お客様のアプリケーションに最適なソリューションを開発および製造することを目指しています。 お客様の期待に応え、製品を継続的に改善するために、お客様のアイデアや提案が必要です。 私たちと私たちの国際パートナーは、あなたからのご連絡をお待ちしております.

警告
この記号が付いているセクションでは、人身事故や死亡事故につながる可能性のある危険について説明しています。 指示された手順を実行する前に、関連情報をよくお読みください

注意
この記号の前にある段落は、機器および接続された機器の損傷、またはデータの損失を引き起こす可能性のある危険を説明しています。 本書には、この形式で書かれた「注意事項」や「ヒント」も記載されています。 このアドバイスをよく読んでください。

一般情報

当社のSPDMA単一光子検出器は、350～1100nmの波長範囲に特化した冷却シリコンアバランシェフォトダイオードを使用しており、最大感度は600nmです。 入ってくる光子は検出器で TTL パルスに変換されます。 SMA 接続は、モジュールから直接出力パルス信号を提供します。 viewオシロスコープで実行するか、外部カウンタに接続します。 統合されたサーモエレクトリッククーラー (TEC) 要素がダイオードの温度を安定させ、暗計数率を低減します。 低い暗計数率と高い光子検出効率により、fW までのパワーレベルの検出が可能になります。 SPDMA のダイオードに組み込まれたアクティブ クエンチング回路により、高い計数率が可能になります。 ゲイン調整ネジを使用して継続的に調整することで、出力信号をさらに最適化することができます。 TTL トリガー IN 信号を使用すると、SPDMA を外部からトリガーして、単一光子の検出の時間フレームを選択できます。 直径 500 mm のダイオードの比較的大きなアクティブ領域により、光学的な位置合わせが簡素化されます。 ダイオードは工場で入力開口部と同心になるように積極的に調整されており、このデバイスの高品質がさらに高まります。 光学システムに柔軟に統合できるよう、SPDMAは当社の1インチレンズチューブおよび当社の30 mmケージシステムに対応します。 SPDMA は、8-32 および M4 コンビネジ取り付け穴により、メートル法またはインチ法で取り付けることができます。 この製品には、雄ネジを雌ネジに適合させ、SM1RR リテーニング リングと再利用可能な保護プラスチック カバー キャップを保持する SM1T1 SM1 カプラーが含まれています。 もう一つのアドバンtagSPDMA は不要な周囲光によって損傷を受けることがないということです。これは多くの光電子増倍管にとって重要です。

注意
この製品に関するすべての安全情報と警告については、付録の「安全」の章を参照してください。

注文コードと付属品

SPDMA単一光子検出器、350 nm – 1100 nm、アクティブエリア直径0.5 mm、8-32およびM4ネジと互換性のあるコンビネジ取り付け穴

付属アクセサリ

• 電源（±12V、0.3A / 5V、2.5A）
• 付属の SM1T2 SM1 カプラーのプラスチック カバー キャップ (商品番号 SM1EC1B)、SM1RR SM1 止めリング付き。

オプションアクセサリ

• 当社のすべての内ネジまたは外ネジSM1 (1.035インチ-40) アクセサリはSPDMAと互換性があります。
• 30 mm ケージ システムは SPDMA に取り付けることができます。
• ホームページをご覧ください http://www.thorlabs.com ファイバーアダプター、ポストやポストホルダーなどのさまざまなアクセサリ、データシート、その他の情報については、こちらをご覧ください。

はじめる

部品リスト
輸送用コンテナに損傷がないかどうかを検査してください。 保管や返品の際に箱が必要になる場合があるため、ダンボールを切らないでください。 輸送用コンテナが破損していると思われる場合は、内容物が完全であることを検査し、SPDMA を機械的および電気的にテストするまで保管してください。 パッケージ内に次のものが入っていることを確認してください。

SPDMA単一光子検出器
SM1RR-SM2 を備えた SM1T1-SM1 カプラーのプラスチック カバー キャップ (商品番号 SM1EC1B)

保持リング
電源 (±12V、0.3 A / 5 V、2.5 A)、電源コード付き、注文国に応じたコネクタ

クイックリファレンス

操作手順
操作要素

取り付け
光学テーブルへの SPDMA の取り付け デバイスの左右側面と底面にある 8 つのタップ付き取り付け穴のいずれかを使用して、SPDMA を光学ポストに取り付けます。 コンビネジのタップ穴は 32-4 ネジと MXNUMX ネジの両方に対応するため、インチまたはメートルの TR ポストの使用が可能です。

外部光学部品の取り付け
お客様のシステムは、SM1 外部ネジまたは 4 mm ケージ システム用の 40-30 取り付け穴を使用して取り付け、位置合わせすることができます。 位置は「操作要素」セクションに示されています。 外部SM1ネジは、当社のSM1ネジ(1.035インチ-40)アダプタに対応しており、外部光学部品、フィルタ、絞り、ファイバアダプタ、レンズチューブなど、当社の任意の数の1インチネジ付きアクセサリと互換性があります。 SPDMA には、おねじを SM1 めねじに適合させる SM1T1 SM1 カプラーが付属して出荷されます。 カプラーの止め輪が保護カバー キャップを保持します。 必要に応じてカプラーを緩めてください。 アクセサリーについては、当社をご覧ください。 webサイトにアクセスするか、当社までお問い合わせください。

設定
SPDMA を取り付けた後、次のように検出器をセットアップします。

1. 付属の電源を使用して SPDMA の電源を入れます。
2. 機器の側面にあるトグルボタンを使用して、SPDMA のスイッチをオンにします。
3. ステータス LED からカバーを押してステータスを確認します。
4.  赤: 電源に接続すると、最初は LED が赤になり、この接続と検出器が動作温度に達するまで待つ必要があることを示します。
5. 数秒以内にダイオードが冷却され、ステータス LED が緑色に変わります。 ダイオードの温度が高すぎると、ステータス LED が赤色に戻ります。 LED が赤色の場合、信号はパルス出力に送信されません。
6. 緑: 検出器は動作準備ができています。 ダイオードは動作温度にあり、信号はパルス出力に到着します。

注記
動作温度が高すぎると、ステータス LED が赤色に変わります。 十分な換気を確保してください。 LED ライトが測定を妨げないように、ステータス LED の前でカバーを押し戻します。 光子の検出効率を高めるには、マイナスドライバー (1.8 ～ 2.4 mm、0.07 インチ ～ 3/32 インチ) でゲイン調整ネジを回します。 ゲインの詳細については、「動作原理」の章を参照してください。 低い暗計数率が重要な場合は、最小ゲインを使用します。 これには、光子の検出効率が低くなるという代償が伴います。 最大数のフォトンを収集することが望ましい場合は、最大ゲインを使用します。 これには、ダークカウント率が高くなります。 ゲイン設定によりフォトン検出から信号出力までの時間が変化しますので、ゲイン設定変更後は本パラメータを再評価してください。

注記
「トリガーイン」と「パルスアウト」のインピーダンスは50Wです。 トリガーパルスソースが 50 W の負荷で動作できること、および「Pulse Out」に接続されたデバイスが 50 W の入力インピーダンスで動作することを確認してください。

動作原理
当社のSPDMAはシリコンアバランシェフォトダイオード(Si APD)を使用しており、逆方向に動作し、降伏閾値volをわずかに超えるバイアスがかけられています。tage VBR (以下の図、ポイント A を参照)、アバランシェボリュームとも呼ばれますtage. この動作モードは「ガイガー モード」とも呼ばれます。 ガイガー モードの APD は、光子が到着して PD の接合部に自由電荷キャリアを生成するまで、準安定状態に留まります。 これらの自由電荷キャリアはなだれ (ポイント B) を引き起こし、大きな電流を引き起こします。 APDに統合されたアクティブクエンチング回路は、破壊を回避するためにAPDを流れる電流を制限し、バイアス電圧を下げます。tag内訳ボリュームの下にありますtage 光子が雪崩を放出した直後の VBR (点 C)。 これにより、カウント間のデッドタイムを最大ゲインで指定されたデッドタイムまで下げて、高いカウントレートが可能になります。 その後、バイアス Voltageが復元されます。

ダイオードのデッドタイムとして知られるクエンチング時間の間、APD は他の入射光子の影響を受けません。 ダイオードが準安定状態にある場合、自然に引き起こされる雪崩が発生する可能性があります。 このような自発的な雪崩がランダムに発生する場合、それらはダークカウントと呼ばれます。 統合された TEC 素子は、ダイオードの温度を周囲温度よりも低く安定させ、暗計数率を低減します。 これによりファンが不要になり、機械的振動が回避されます。 自発的に引き起こされた雪崩が光子によって引き起こされるパルスと時間的に相関している場合、それはアフターパルスと呼ばれます。
注記
APD の特性により、すべての単一光子が検出されるわけではありません。 その理由は、APD のクエンチング中の固有のデッド タイムと LAPD の非線形性です。

ゲイン調整
ゲイン調整ネジを使用して、オーバーボルtageビヨンド・ザ・ブレイクダウン 巻tagSPDMA に合わせて調整できます。 これにより、光子の検出効率が向上するだけでなく、暗計数率も向上します。 ゲイン設定が高くなるとアフターパルスの確率がわずかに上昇すること、またゲインの調整は光子の検出と信号出力の間の時間にも影響することに注意してください。 デッドタイムはゲインが減少すると増加します。

ブロック図とトリガーIN

入射光子によって生成された電流パルスはパルス整形回路を通過し、APD の出力 TTL パルス持続時間を短縮します。 「Pulse Out」端子には、パルス整形器からの信号が適用され、カウントが可能になります。 viewオシロスコープで実行されるか、外部カウンタによって登録されます。 トリガーがない場合、ゲートは閉じられ、信号が出力されます。 ゲインはバイアスを変更します（オーバーボリューム）tage) APD 上。 バイアスはアクティブ クエンチング要素を介して物理的に誘導されますが、アクティブ クエンチングには影響を与えません。

TTL トリガー
TTL トリガーにより、パルス出力の選択的なアクティブ化が可能になります。ハイ トリガー入力 (技術データで指定) では、信号はパルス出力に到着します。 これは、外部 TTL 信号がトリガーとして適用されない場合のデフォルトです。TTL トリガー入力信号が使用される場合は常に、デフォルトの TTL 入力を「Low」にする必要があります。 フォトン検出からの信号は、トリガー入力ボリュームとして Pulse Out に送信されます。tageが「高」に切り替わります。 High 信号と Low 信号は、「技術データ」セクションで指定されています。
注記
「トリガーイン」と「パルスアウト」のインピーダンスは50Wです。 トリガーパルスソースが 50 W の負荷で動作できること、および「Pulse Out」に接続されたデバイスが 50 W の入力インピーダンスで動作することを確認してください。

メンテナンスとサービス

SPDMA を悪天候から保護します。 SPDMA は耐水性がありません。

注意
機器の損傷を避けるため、スプレー、液体、または溶剤に機器をさらさないでください。 ユーザーによる定期的なメンテナンスは必要ありません。 ユーザーが修復できるモジュールやコンポーネントは含まれていません。 故障が発生した場合は、返品手順について当社までご連絡ください。 カバーは取り外さないでください。

トラブルシューティング

APD の温度超過が示されました 温度制御回路は、APD の実際の温度が設定値を超えていることを認識しました。 通常の動作条件では、長期間動作した後でも、このようなことは起こりません。 ただし、指定された動作温度範囲の制限を超えて上昇したり、検出器に過剰な熱放射が発生したりすると、過熱アラートが発生する可能性があります。 ステータス LED が赤色に変わり、過熱を示します。 デバイスの周囲に十分な空気の流れを確保するか、外部の受動的冷却を提供します。

付録
技術データ
すべての技術データは 45 ± 15% 相対で有効です。 湿度（結露なきこと）。

1. TTL 信号がない場合のデフォルトは > 2 V で、信号をパルス出力できます。 0.8 V ～ 2 V の間では検出器の動作は定義されていません。
2. 結露なし

定義
アクティブクエンチングは、光子によって放出されるアバランシェ電流の急峻な開始を高速弁別器が感知し、バイアス電圧を急速に低下させるときに発生します。tag瞬間的に故障を下回るほどです。 その後、バイアスはブレークダウン ボリュームを超える値に戻されます。tage 次の光子の検出に備えます。 アフターパルス: アバランシェ中、一部の電荷が高電界領域内にトラップされる可能性があります。 これらの電荷が解放されると、雪崩を引き起こす可能性があります。 これらの擬似イベントはアフターパルスと呼ばれます。 これらのトラップされた電荷の寿命は、0.1 μs ～ 1 μs 程度です。 したがって、アフターパルスは信号パルスの直後に発生する可能性があります。

デッドタイムは、検出器が回復状態に費やす時間間隔です。 この間、事実上、入ってくる光子を認識できなくなります。 暗計数率: これは、入射光がない場合の登録された計数の平均率であり、信号が主に実際の光子によって引き起こされる最小計数率を決定します。 誤検出イベントのほとんどは熱に起因するため、冷却された検出器を使用することで強力に抑制できます。 ガイガー モード: このモードでは、ダイオードは降伏しきい値 vol をわずかに上回って動作します。tage. したがって、単一の電子正孔ペア（光子の吸収または熱揺らぎによって生成される）が強​​い雪崩を引き起こす可能性があります。 ゲイン調整係数: これはゲインを増加できる係数です。 APD の飽和: APD による光子数は、入射光 CW パワーに正確に線形比例しません。 偏差は光パワーの増加に伴って滑らかに増加します。 この非線形性により、高い入力電力レベルでは誤った光子数が発生します。 特定の入力パワー レベルでは、光パワーがさらに増加すると、光子数は減少し始めます。 提供された各 SPDMA は、この例に似た適切な飽和動作についてテストされます。ampル。

パフォーマンスプロット
一般的な光子検出効率

パルスアウト信号

寸法

安全性
機器を組み込んだシステムの安全性は、システムの組み立て者の責任となります。 この取扱説明書に記載されている操作の安全性および技術データに関するすべての記述は、ユニットが設計どおりに正しく操作される場合にのみ適用されます。 SPDMA は爆発の危険がある環境では使用しないでください。 ハウジングの通気スロットをふさがないでください。 カバーを取り外したり、キャビネットを開けたりしないでください。 内部にはユーザーが修理できる部品はありません。 この精密機器は、返送され、段ボールのインサートを含む完全な元の梱包に適切に梱包された場合にのみ修理可能です。 必要に応じて、交換用の梱包材をご依頼ください。 資格のある担当者に整備を依頼してください。 当社からの書面による同意がない限り、このデバイスに変更を加えたり、当社が提供していないコンポーネントを使用したりすることはできません。

注意
SPDMA に電力を供給する前に、3 導体主電源コードの保護導体がコンセントの保護接地接点に正しく接続されていることを確認してください。 不適切な接地は感電の原因となり、健康被害や死亡事故を引き起こす可能性があります。 すべてのモジュールは、適切にシールドされた接続ケーブルのみを使用して操作する必要があります。

注意
以下の記述は、本書に別段の指定がない限り、このマニュアルで取り上げる製品に適用されます。 他の製品に関する説明は、それぞれの付属ドキュメントに記載されています。
注記
この機器はテストされ、FCC 規則パート 15 に準拠したクラス B デジタル機器の制限に準拠していることが確認されており、デジタル機器に関するカナダの干渉原因機器規格 ICES-003 のすべての要件を満たしています。 これらの制限は、住宅設備における有害な干渉に対する合理的な保護を提供するように設計されています。 この装置は無線周波数エネルギーを生成、使用、および放射する可能性があるため、指示に従って設置および使用しない場合、無線通信に有害な干渉を引き起こす可能性があります。 ただし、特定の設置環境で干渉が発生しないという保証はありません。 この装置がラジオまたはテレビの受信に有害な干渉を引き起こす場合 (装置の電源をオフにしてからオンにすることで判断できます)、ユーザーは次の XNUMX つまたは複数の手段で干渉を修正することをお勧めします。

• 受信アンテナの向きを変えるか、位置を変えてください。
• 機器と受信機間の距離を広げます。
• 受信機が接続されている回路とは別のコンセントに機器を接続します。
• 販売店または経験豊富なラジオ/テレビ技術者にご相談ください。
• ユーザーが、Thorlabs (コンプライアンスの責任者) によって明示的に承認されていない方法で、このマニュアルに記載されている製品を変更または修正した場合、その機器を操作するユーザーの権限が無効になる場合があります。

Thorlabs GmbHは、この機器の改造、またはThorlabsが指定したもの以外の接続ケーブルや機器の交換または取り付けによって引き起こされるラジオテレビの干渉については責任を負いません。 かかる不正な改造、置き換え、または取り付けによって生じた干渉の修正は、ユーザーの責任となります。 この装置をすべてのオプションの周辺機器またはホスト デバイスに接続する場合は、シールド付き I/O ケーブルを使用する必要があります。 そうしないと、FCC および ICES 規則に違反する可能性があります。

注意
携帯電話、携帯電話、またはその他の無線送信機は、電磁界強度が IEC 61326-1 に基づく最大許容妨害値を超える可能性があるため、本装置から 61326 メートルの範囲内で使用しないでください。 この製品はテストされ、1 メートル (3 フィート) 未満の接続ケーブルの使用に関する IEC 9.8-XNUMX に基づく制限に準拠していることが確認されています。

認定とコンプライアンス

保証

ドキュメント / リソース

当社のSPDMA単一光子検出モジュール [pdf] ユーザーマニュアル SPDMA 単一光子検出モジュール, SPDMA, 単一光子検出モジュール, 光子検出モジュール, 検出モジュール, モジュール

参考文献

• ユーザーマニュアル