Módulo de detecção de fóton único Thorlabs SPDMA

Informações do produto

• Nome do produto: Detector de fóton único SPDMA
• Fabricante: Thorlabs GmbH
• Versão: 1.0
• Data: 08-Dez-2021

Informações gerais
O detector de fóton único SPDMA da Thorlabs foi projetado para técnicas de medição óptica. Ele utiliza um fotodiodo de avalanche de silício resfriado especializado para uma faixa de comprimento de onda de 350 a 1100 nm, com sensibilidade máxima em 600 nm. O detector converte fótons recebidos em um sinal de pulso TTL, que pode ser viewconectado a um osciloscópio ou conectado a um contador externo através da conexão SMA. O SPDMA possui um elemento Thermo Electric Cooler (TEC) integrado que estabiliza a temperatura do diodo, reduzindo a taxa de contagem de escuro. Isso permite alta eficiência de detecção de fótons e permite a detecção de níveis de potência até fW. O diodo também incorpora um circuito de extinção ativo para altas taxas de contagem. O sinal de saída pode ser otimizado usando o parafuso de ajuste de ganho.

O detector pode ser acionado externamente usando um sinal TTL Trigger IN para selecionar o período de tempo para a detecção de fótons únicos. O alinhamento óptico é facilitado pela área ativa relativamente grande do diodo, que possui um diâmetro de 500 mm. O diodo vem alinhado de fábrica para ficar concêntrico com a abertura de entrada, garantindo desempenho de alta qualidade. O SPDMA é compatível com tubos de lentes de 1” da Thorlabs e com o sistema de gaiola de 30 mm da Thorlabs, permitindo integração flexível em sistemas ópticos. Ele pode ser montado em sistemas métricos ou imperiais usando os furos de montagem com rosca combinada 8-32 e M4. O produto inclui um acoplador SM1T1 SM1, que adapta a rosca externa a uma rosca interna, junto com um anel de retenção SM1RR e uma tampa plástica protetora reutilizável.

Instruções de uso do produto
Montagem

1. Identifique o sistema de montagem apropriado para sua configuração (métrica ou imperial).
2. Alinhe o SPDMA com os furos de montagem do sistema escolhido.
3. Fixe firmemente o SPDMA usando parafusos ou pernos adequados.

Configurar

1. Conecte o SPDMA à fonte de alimentação de acordo com as especificações fornecidas.
2. Se necessário, conecte um osciloscópio ou um contador externo à conexão SMA para monitorar o sinal de pulso de saída.
3. Se estiver usando um trigger externo, conecte o sinal TTL Trigger IN à porta de entrada apropriada no SPDMA.
4. Certifique-se de que a temperatura do diodo esteja estabilizada, permitindo tempo suficiente para que o elemento Thermo Electric Cooler (TEC) atinja sua temperatura operacional.
5. Execute todos os ajustes de ganho necessários usando o parafuso de ajuste de ganho para otimizar o sinal de saída.

Princípio de funcionamento
O SPDMA opera convertendo fótons recebidos em um sinal de pulso TTL usando o fotodiodo de avalanche de silício resfriado. O circuito de extinção ativo integrado ao diodo permite altas taxas de contagem. O sinal TTL Trigger IN pode ser usado para acionar externamente a detecção de fótons únicos dentro de um período de tempo específico.
Observação: Consulte sempre o manual do usuário e as instruções de segurança fornecidas pela Thorlabs GmbH para obter informações detalhadas sobre solução de problemas, dados técnicos, gráficos de desempenho, dimensões, precauções de segurança, certificações e conformidades, garantia e detalhes de contato do fabricante.

Nosso objetivo é desenvolver e produzir as melhores soluções para suas aplicações na área de técnicas de medição óptica. Para nos ajudar a corresponder às suas expectativas e melhorar constantemente os nossos produtos, precisamos das suas ideias e sugestões. Nós e nossos parceiros internacionais estamos ansiosos para ouvir sua opinião.

Aviso
As seções marcadas com este símbolo explicam os perigos que podem resultar em ferimentos pessoais ou morte. Sempre leia atentamente as informações associadas antes de realizar o procedimento indicado

Atenção
Os parágrafos precedidos por este símbolo explicam os perigos que podem danificar o instrumento e o equipamento conectado ou causar perda de dados. Este manual também contém “NOTAS” e “DICAS” escritas neste formulário. Por favor, leia este conselho com atenção!

Informações gerais

O detector de fóton único SPDMA da Thorlabs usa um fotodiodo de avalanche de silício resfriado, especializado para uma faixa de comprimento de onda de 350 a 1100 nm com sensibilidade máxima de 600 nm. Os fótons recebidos são convertidos em um pulso TTL no detector. A conexão SMA oferece um sinal de pulso de saída direto do módulo que pode ser viewed em um osciloscópio ou conectado a um contador externo. Um elemento Thermo Electric Cooler (TEC) integrado estabiliza a temperatura do diodo para reduzir a taxa de contagem de escuridão. A baixa taxa de contagem de escuro e a alta eficiência de detecção de fótons permitem a detecção de níveis de potência até fW. O circuito de extinção ativo integrado ao diodo do SPDMA permite altas taxas de contagem. O sinal de saída pode ser otimizado ainda mais pelo ajuste contínuo usando o parafuso de ajuste de ganho. Usando um sinal TTL Trigger IN, o SPDMA pode ser acionado externamente para selecionar o período de tempo para a detecção de fótons únicos. O alinhamento óptico é simplificado pela área ativa relativamente grande do diodo com diâmetro de 500 mm. O diodo é ativamente alinhado na fábrica para ser concêntrico com a abertura de entrada, o que contribui para a alta qualidade deste dispositivo. Para integração flexível em sistemas ópticos, o SPDMA acomoda qualquer tubo de lente de 1” da Thorlabs, bem como o sistema de gaiola de 30 mm da Thorlabs. O SPDMA pode ser montado em sistemas métricos ou imperiais devido aos furos de montagem com rosca combinada 8-32 e M4. O produto inclui um acoplador SM1T1 SM1 que adapta a rosca externa a uma rosca interna e segura o anel de retenção SM1RR e uma tampa plástica protetora reutilizável. Outra vantagemtagA principal vantagem é que o SPDMA não pode ser danificado pela luz ambiente indesejada, o que é crítico para muitos tubos fotomultiplicadores.

Atenção
Por favor, encontre todas as informações de segurança e avisos relativos a este produto no capítulo Segurança no Apêndice.

Códigos de pedido e acessórios

Detector de fóton único SPDMA, 350 nm – 1100 nm, diâmetro de área ativa 0.5 mm, furos de montagem de rosca combinada compatíveis com roscas 8-32 e M4

Acessórios incluídos

• Fonte de alimentação (±12 V, 0.3 A / 5 V, 2.5 A)
• Tampa de plástico (item nº SM1EC2B) em um acoplador SM1T1 SM1 incluído com um anel de retenção SM1RR SM1.

Acessórios opcionais

• Todos os acessórios roscados internos ou externos SM1 (1.035″-40) da Thorlabs são compatíveis com o SPDMA.
• O sistema de gaiola de 30 mm pode ser montado no SPDMA.
• Visite nossa homepage http://www.thorlabs.com para diversos acessórios como adaptadores de fibra, postes e suportes de postes, folhas de dados e mais informações.

Começando

Lista de peças
Por favor, inspecione o contêiner de transporte quanto a danos. Não corte o papelão, pois a caixa pode ser necessária para armazenamento ou devolução. Se a embalagem de transporte parecer danificada, guarde-a até inspecionar o conteúdo para verificar se está completo e testar o SPDMA mecânica e eletricamente. Verifique se você recebeu os seguintes itens no pacote:

Detector de fóton único SPDMA
Tampa de plástico (Item # SM1EC2B) no acoplador SM1T1-SM1 com um SM1RR-SM1

Anel de retenção
Fonte de alimentação (±12 V, 0.3 A / 5 V, 2.5 A) com cabo de alimentação, conector de acordo com o país do pedido

Referência rápida

Instruções de operação
Elementos Operacionais

Montagem
Montagem do SPDMA em uma mesa óptica Monte o SPDMA em um poste óptico usando um dos três furos de montagem roscados nos lados esquerdo e direito e na parte inferior do dispositivo. Os furos roscados com rosca combinada aceitam roscas 8-32 e M4, de modo que é possível usar pinos TR imperiais ou métricos.

Montagem de óptica externa
O sistema do cliente pode ser conectado e alinhado usando a rosca SM1 externa ou os furos de montagem 4-40 para um sistema de gaiola de 30 mm. As posições estão indicadas na seção Elementos Operacionais. A rosca SM1 externa acomoda adaptadores com rosca SM1 da Thorlabs (1.035″- 40) que são compatíveis com qualquer número de acessórios com rosca de 1” da Thorlabs, como óptica externa, filtros, aberturas, adaptadores de fibra ou tubos de lente. O SPDMA é fornecido com um acoplador SM1T1 SM1 que adapta a rosca externa a uma rosca interna SM1. Um anel de retenção no acoplador segura a tampa protetora. Desparafuse o acoplador, se necessário. Para acessórios, visite nosso website ou entre em contato com a Thorlabs.

Configurar
Após montar o SPDMA, configure o detector da seguinte forma:

1. Ligue o SPDMA usando a fonte de alimentação incluída.
2. Ligue o SPDMA usando o botão de alternância na lateral do instrumento.
3. Empurre a tampa do LED de status para ver o status:
4.  Vermelho: O LED inicialmente ficará vermelho após a conexão à fonte de alimentação para indicar esta conexão e a necessidade de esperar até que o detector atinja a temperatura operacional.
5. Dentro de alguns segundos, o diodo esfria e o LED de status ficará verde. O LED de status retornará à cor vermelha quando a temperatura do diodo estiver muito alta. Se o LED estiver vermelho, nenhum sinal será enviado para a saída de pulso.
6. Verde: O detector está pronto para operação. O diodo está na temperatura operacional e o sinal chega na saída de pulso.

Observação
O LED de status ficará vermelho sempre que a temperatura operacional estiver muito alta. Garanta ventilação de ar suficiente. Empurre a tampa para trás na frente do LED de status para evitar que a luz do LED atrapalhe a medição. Para aumentar a eficiência da detecção de fótons, gire o parafuso de ajuste de ganho com uma chave de fenda (1.8 a 2.4 mm, 0.07″ a 3/32″). Para mais informações sobre o ganho, consulte o capítulo Princípio de Funcionamento. Use o Ganho Mínimo quando uma taxa baixa de contagem de escuridão for crítica. Isso ocorre ao custo da baixa eficiência de detecção de fótons. Use o Ganho Máximo quando for desejável coletar um número máximo de fótons. Isso ocorre ao custo de uma taxa de contagem escura mais alta. Como o tempo entre a detecção de fótons e a saída do sinal muda com a configuração de ganho, reavalie este parâmetro após alterar a configuração de ganho.

Observação
“Trigger In” e “Pulse Out” têm impedância de 50 W. Certifique-se de que a fonte de pulso do trigger seja capaz de funcionar com uma carga de 50 W e que o dispositivo conectado ao “Pulse Out” opere com uma impedância de entrada de 50 W.

Princípio de funcionamento
O Thorlabs SPDMA usa um fotodiodo de avalanche de silício (Si APD), operado na direção reversa e polarizado um pouco além do limite de ruptura vol.tage VBR (ver diagrama abaixo, ponto A), também conhecido como avalanche voltage. Este modo de operação também é conhecido como “modo Geiger”. Um APD no modo Geiger permanecerá em um estado metaestável até que um fóton chegue e gere portadores de carga gratuitos na junção do PD. Esses portadores gratuitos desencadeiam uma avalanche (ponto B), levando a uma corrente significativa. Um circuito de extinção ativo integrado ao APD limita a corrente através do APD para evitar destruição e reduz o volume de polarização.tage abaixo do volume de detalhamentotage VBR (ponto C) imediatamente após um fóton liberar uma avalanche. Isto permite altas taxas de contagem com tempo morto entre contagens regressivas até o tempo morto especificado com ganho máximo. Depois, o viés voltage é restaurado.

Durante o tempo de extinção, conhecido como tempo morto do diodo, o APD é insensível a quaisquer outros fótons recebidos. Avalanches desencadeadas espontaneamente são possíveis enquanto o diodo está em um estado metaestável. Se essas avalanches espontâneas ocorrerem aleatoriamente, elas serão chamadas de contagens escuras. Um elemento TEC integrado estabiliza a temperatura do diodo abaixo da temperatura ambiente para reduzir a taxa de contagem escura. Isso elimina a necessidade de ventilador e evita vibrações mecânicas. Caso as avalanches desencadeadas espontaneamente estejam correlacionadas no tempo com um pulso causado por um fóton, isso é chamado de pós-pulso.
Observação
Devido às propriedades do APD, nem todos os fótons individuais podem ser detectados. As razões são o tempo morto intrínseco do APD durante a extinção e a não linearidade do LAPD.

Ajuste de ganho
Usando o parafuso de ajuste de ganho, um overvoltage além do colapso voltage pode ser ajustado ao SPDMA. Isso aumenta a eficiência da detecção de fótons, mas também a taxa de contagem de escuro. Esteja ciente de que a probabilidade de pós-pulsação aumenta ligeiramente com configurações de ganho mais altas e que o ajuste do ganho também afeta o tempo entre a detecção do fóton e a saída do sinal. O tempo morto aumenta com a diminuição do ganho.

Diagrama de Blocos e Trigger IN

O pulso de corrente gerado por um fóton de entrada passa por um circuito de modelagem de pulso, o que encurta a duração do pulso TTL de saída do APD. No terminal “Pulse Out” o sinal do modelador de pulso é aplicado para que as contagens possam ser viewregistrado em um osciloscópio ou registrado por um contador externo. Na ausência de um Trigger, o portão é fechado e permite a saída do sinal. O Ganho altera o Bias (overvoltage) na APD. A polarização é fisicamente guiada através do elemento de extinção ativa, mas não afeta a extinção ativa.

Acionador TTL
O Trigger TTL permite a ativação seletiva da saída de pulso: Na entrada de trigger alta (especificada nos Dados Técnicos) o sinal chega em Pulse Out. Este é o padrão sempre que nenhum sinal TTL externo é aplicado como trigger. Sempre que um sinal de entrada de trigger TTL é usado, a entrada TTL padrão precisa ser “Baixa”. O sinal da detecção de fótons é enviado para Pulse Out como Trigger Input voltage muda para “Alto”. Os sinais Alto e Baixo são especificados na seção Dados Técnicos.
Observação
“Trigger In” e “Pulse Out” têm impedância de 50 W. Certifique-se de que a fonte de pulso do trigger seja capaz de funcionar com uma carga de 50 W e que o dispositivo conectado ao “Pulse Out” opere com uma impedância de entrada de 50 W.

Manutenção e Serviço

Proteja o SPDMA de condições climáticas adversas. O SPDMA não é resistente à água.

Atenção
Para evitar danos ao instrumento, não o exponha a sprays, líquidos ou solventes! A unidade não necessita de manutenção regular por parte do usuário. Não contém módulos e/ou componentes que possam ser reparados pelo usuário. Se ocorrer um mau funcionamento, entre em contato com a Thorlabs para obter instruções de devolução. Não remova as tampas!

Solução de problemas

Superaquecimento do APD indicado O circuito de controle de temperatura reconheceu que a temperatura real do APD excedeu o ponto de ajuste. Em condições normais de operação, isso não deveria acontecer, mesmo após operação prolongada. No entanto, um aumento além dos limites da faixa de temperatura operacional especificada ou radiação térmica excessiva no detector pode causar um alerta de temperatura excessiva. O LED de status ficará vermelho para indicar superaquecimento. Garanta fluxo de ar suficiente ao redor do dispositivo ou forneça resfriamento passivo externo

Apêndice
Dados técnicos
Todos os dados técnicos são válidos a 45 ± 15% rel. umidade (sem condensação).

1. O padrão na ausência de sinal TTL é > 2 V, permitindo o sinal para a saída de pulso. O comportamento do detector não está definido entre 0.8 V e 2 V.
2. Não condensante

Definições
A extinção ativa ocorre quando um discriminador rápido detecta o início acentuado da corrente de avalanche, liberada por um fóton, e reduz rapidamente o volume de polarização.tage para que fique abaixo do colapso momentaneamente. A tendência é então retornada a um valor acima do volume de rupturatage em preparação para a detecção do próximo fóton. Pós-pulsação: Durante uma avalanche, algumas cargas podem ficar presas dentro da região de campo alto. Quando essas cargas são liberadas, elas podem desencadear uma avalanche. Esses eventos espúrios são chamados de pós-pulsos. A vida dessas cargas aprisionadas é da ordem de 0.1 μs a 1 μs. Portanto, é provável que um pós-pulso ocorra diretamente após um pulso de sinal.

Dead Time é o intervalo de tempo que o detector passa em seu estado de recuperação. Durante esse tempo, ele fica efetivamente cego aos fótons que chegam. Taxa de contagem escura: Esta é a taxa média de contagens registradas na ausência de qualquer luz incidente e determina a taxa mínima de contagem na qual o sinal é causado predominantemente por fótons reais. Os eventos de falsa detecção são principalmente de origem térmica e podem, portanto, ser fortemente suprimidos usando um detector resfriado. Modo Geiger: Neste modo, o diodo é operado ligeiramente acima do limite de ruptura voltage. Conseqüentemente, um único par elétron-buraco (gerado pela absorção de um fóton ou por uma flutuação térmica) pode desencadear uma forte avalanche. Fator de ajuste de ganho: Este é o fator pelo qual o ganho pode ser aumentado. Saturação do APD: A contagem de fótons por um APD não é exatamente linearmente proporcional à potência óptica incidente de CW; o desvio aumenta suavemente com o aumento da potência óptica. Essa não linearidade leva à contagem errada de fótons em altos níveis de potência de entrada. A um certo nível de potência de entrada, a contagem de fótons começa a diminuir com um aumento adicional na potência óptica. Cada SPDMA entregue é testado quanto ao comportamento de saturação apropriado para se assemelhar a este exampeu.

Gráficos de desempenho
Eficiência típica de detecção de fótons

Sinal de saída de pulso

Dimensão

Segurança
A segurança de qualquer sistema que incorpore o equipamento é de responsabilidade do montador do sistema. Todas as declarações relativas à segurança de operação e dados técnicos neste manual de instruções só serão aplicáveis ​​quando a unidade for operada corretamente conforme foi projetada. O SPDMA não deve ser operado em ambientes com risco de explosão! Não obstrua nenhuma abertura de ventilação na caixa! Não remova as tampas nem abra o gabinete. Não existem reparos de peças no interior! Este dispositivo de precisão só pode ser reparado se for devolvido e devidamente embalado na embalagem original completa, incluindo os encartes de papelão. Se necessário, solicite embalagens de reposição. Encaminhe a manutenção para pessoal qualificado! Alterações neste dispositivo não podem ser feitas nem componentes não fornecidos pela Thorlabs podem ser usados ​​sem o consentimento por escrito da Thorlabs.

Atenção
Antes de aplicar energia ao SPDMA, certifique-se de que o condutor de proteção do cabo de alimentação de 3 condutores esteja corretamente conectado ao contato de aterramento de proteção da tomada! O aterramento inadequado pode causar choque elétrico, resultando em danos à saúde ou até mesmo em morte! Todos os módulos só devem ser operados com cabos de conexão devidamente blindados.

Atenção
A declaração a seguir se aplica aos produtos abordados neste manual, salvo especificação em contrário aqui. A declaração para os demais produtos constará na respectiva documentação anexa.
Observação
Este equipamento foi testado e está em conformidade com os limites para um dispositivo digital Classe B, de acordo com a Parte 15 das Regras da FCC e atende a todos os requisitos da Norma Canadense para Equipamentos Causadores de Interferência ICES-003 para aparelhos digitais. Estes limites foram concebidos para fornecer proteção razoável contra interferências prejudiciais numa instalação residencial. Este equipamento gera, utiliza e pode irradiar energia de radiofrequência e, se não for instalado e utilizado de acordo com as instruções, poderá causar interferência prejudicial às comunicações de rádio. Contudo, não há garantia de que não ocorrerão interferências numa instalação específica. Se este equipamento causar interferência prejudicial à recepção de rádio ou televisão, o que pode ser determinado desligando e ligando o equipamento, o usuário é encorajado a tentar corrigir a interferência através de uma ou mais das seguintes medidas:

• Reoriente ou reposicione a antena receptora.
• Aumente a separação entre o equipamento e o receptor.
• Conecte o equipamento a uma tomada de um circuito diferente daquele ao qual o receptor está conectado.
• Consulte o revendedor ou um técnico de rádio/TV experiente para obter ajuda.
• Os usuários que alterarem ou modificarem o produto descrito neste manual de uma forma não aprovada expressamente pela Thorlabs (a parte responsável pela conformidade) poderão anular a autoridade do usuário para operar o equipamento.

A Thorlabs GmbH não é responsável por qualquer interferência de rádio televisão causada por modificações neste equipamento ou pela substituição ou conexão de cabos de conexão e equipamentos diferentes daqueles especificados pela Thorlabs. A correção de interferências causadas por tal modificação, substituição ou fixação não autorizada será de responsabilidade do usuário. O uso de cabos de E/S blindados é necessário ao conectar este equipamento a todo e qualquer periférico opcional ou dispositivo host. Não fazer isso pode violar as regras da FCC e do ICES.

Atenção
Telefones celulares, telefones celulares ou outros transmissores de rádio não devem ser usados ​​dentro do alcance de três metros desta unidade, pois a intensidade do campo eletromagnético pode então exceder os valores máximos de perturbação permitidos de acordo com a IEC 61326-1. Este produto foi testado e está em conformidade com os limites da IEC 61326-1 para uso de cabos de conexão com comprimento inferior a 3 metros (9.8 pés).

Certificações e Conformidades

Garantia

Documentos / Recursos

Módulo de detecção de fóton único Thorlabs SPDMA [pdf] Manual do Usuário Módulo de detecção de fóton único SPDMA, SPDMA, módulo de detecção de fóton único, módulo de detecção de fóton, módulo de detecção, módulo

Referências

• Manual do usuário