Модуль обнаружения одиночных фотонов Thorlabs SPDMA

Информация о продукте

• Название продукта: Детектор одиночных фотонов SPDMA
• Производитель: Thorlabs GmbH
• Версия: 1.0
• Дата: 08-дек-2021

Общая информация
Детектор одиночных фотонов SPDMA от Thorlabs предназначен для оптических методов измерения. В нем используется охлаждаемый кремниевый лавинный фотодиод, предназначенный для диапазона длин волн от 350 до 1100 нм с максимальной чувствительностью при 600 нм. Детектор преобразует поступающие фотоны в импульсный сигнал TTL, который можно viewизмеряется на осциллографе или подключается к внешнему счетчику через соединение SMA. SPDMA оснащен встроенным термоэлектрическим охладителем (TEC), который стабилизирует температуру диода, снижая темновую скорость счета. Это обеспечивает высокую эффективность обнаружения фотонов и позволяет обнаруживать уровни мощности до фВт. Диод также включает в себя схему активного гашения для обеспечения высокой скорости счета. Выходной сигнал можно оптимизировать с помощью винта регулировки усиления.

Детектор можно запустить извне с помощью сигнала TTL Trigger IN, чтобы выбрать временной интервал для обнаружения одиночных фотонов. Оптическая юстировка облегчается за счет относительно большой активной площади диода, диаметр которой составляет 500 мм. Диод на заводе выравнивается концентрично входной апертуре, что обеспечивает высокое качество работы. SPDMA совместим с 1-дюймовыми линзовыми тубусами Thorlabs и системой клеток Thorlabs 30 мм, что обеспечивает гибкую интеграцию в оптические системы. Его можно установить в метрической или британской системе с использованием монтажных отверстий с комбинированной резьбой 8-32 и M4. Изделие включает в себя муфту SM1T1 SM1, которая адаптирует внешнюю резьбу к внутренней, а также стопорное кольцо SM1RR и многоразовую защитную пластиковую крышку.

Инструкции по применению продукта
Монтаж

1. Определите подходящую систему крепления для вашей установки (метрическую или дюймовую).
2. Совместите SPDMA с монтажными отверстиями выбранной системы.
3. Надежно закрепите SPDMA с помощью подходящих винтов или болтов.

Настраивать

1. Подключите SPDMA к источнику питания в соответствии с предоставленными спецификациями.
2. При необходимости подключите осциллограф или внешний счетчик к разъему SMA для контроля выходного импульсного сигнала.
3. При использовании внешнего триггера подключите сигнал TTL Trigger IN к соответствующему входному порту SPDMA.
4. Убедитесь, что температура диода стабилизирована, предоставив элементу термоэлектрического охладителя (TEC) достаточно времени для достижения рабочей температуры.
5. Выполните все необходимые настройки усиления с помощью винта регулировки усиления для оптимизации выходного сигнала.

Принцип работы
SPDMA работает путем преобразования входящих фотонов в импульсный сигнал TTL с использованием охлаждаемого кремниевого лавинного фотодиода. Встроенная в диод схема активного гашения обеспечивает высокую скорость счета. Сигнал TTL Trigger IN можно использовать для внешнего запуска обнаружения одиночных фотонов в течение определенного периода времени.
Примечание: Всегда обращайтесь к руководству пользователя и инструкциям по технике безопасности, предоставленным Thorlabs GmbH, для получения подробной информации об устранении неполадок, технических данных, графиков производительности, размеров, мер предосторожности, сертификации и соответствия требованиям, гарантии и контактных данных производителя.

Мы стремимся разрабатывать и производить лучшие решения для ваших приложений в области оптических измерительных технологий. Чтобы помочь нам оправдать ваши ожидания и постоянно улучшать нашу продукцию, нам нужны ваши идеи и предложения. Мы и наши международные партнеры с нетерпением ждем вашего ответа.

Предупреждение
Разделы, отмеченные этим символом, объясняют опасности, которые могут привести к травме или смерти. Всегда внимательно читайте соответствующую информацию перед выполнением указанной процедуры.

Внимание
В абзацах, перед которыми стоит этот символ, поясняются опасности, которые могут привести к повреждению прибора и подключенного оборудования или к потере данных. Данное руководство также содержит «ПРИМЕЧАНИЯ» и «СОВЕТЫ», написанные в этой форме. Пожалуйста, внимательно прочитайте этот совет!

Общая информация

В детекторе одиночных фотонов SPDMA компании Thorlabs используется охлаждаемый кремниевый лавинный фотодиод, предназначенный для диапазона длин волн от 350 до 1100 нм с максимальной чувствительностью при 600 нм. Попадающие фотоны преобразуются в детекторе в ТТЛ-импульс. Соединение SMA обеспечивает прямой выходной импульсный сигнал от модуля, который можно viewизмеряется на осциллографе или подключается к внешнему счетчику. Встроенный термоэлектрический охладитель (TEC) стабилизирует температуру диода, снижая скорость темнового счета. Низкая скорость темнового счета и высокая эффективность обнаружения фотонов позволяют обнаруживать уровни мощности до фВт. Схема активного гашения, встроенная в диод SPDMA, обеспечивает высокую скорость счета. Выходной сигнал можно дополнительно оптимизировать путем плавной регулировки с помощью винта регулировки усиления. Используя сигнал TTL Trigger IN, SPDMA может запускаться извне для выбора временного интервала для обнаружения одиночных фотонов. Оптическая юстировка упрощается за счет относительно большой активной площади диода диаметром 500 мм. На заводе диод активно выравнивается концентрично входной апертуре, что повышает качество этого устройства. Для гибкой интеграции в оптические системы SPDMA поддерживает любые 1-дюймовые линзовые тубусы Thorlabs, а также систему клеток Thorlabs 30 мм. SPDMA может быть установлен в метрической или британской системе благодаря монтажным отверстиям с комбинированной резьбой 8-32 и M4. Изделие включает в себя муфту SM1T1 SM1, которая адаптирует внешнюю резьбу к внутренней резьбе и удерживает стопорное кольцо SM1RR и многоразовую защитную пластиковую крышку. Еще один адванtagд заключается в том, что SPDMA не может быть поврежден нежелательным внешним светом, что критично для многих фотоумножителей.

Внимание
Всю информацию о безопасности и предупреждения, касающиеся этого продукта, можно найти в главе «Безопасность» в Приложении.

Коды заказа и аксессуары

Детектор одиночных фотонов SPDMA, 350–1100 нм, диаметр активной области 0.5 мм, комбинированные монтажные отверстия, совместимые с резьбой 8-32 и M4

Включенные аксессуары

• Источник питания (±12 В, 0.3 А / 5 В, 2.5 А)
• Пластиковая заглушка (артикул SM1EC2B) на входящей в комплект муфте SM1T1 SM1 со стопорным кольцом SM1RR SM1.

Дополнительные аксессуары

• Все аксессуары Thorlabs с внутренней или внешней резьбой SM1 (1.035″-40) совместимы с SPDMA.
• На SPDMA можно установить систему клеток диаметром 30 мм.
• Посетите нашу домашнюю страницу http://www.thorlabs.com для различных аксессуаров, таких как оптоволоконные адаптеры, стойки и держатели опор, технические характеристики и дополнительную информацию.

Начиная

Список деталей
Пожалуйста, проверьте транспортировочный контейнер на наличие повреждений. Пожалуйста, не разрезайте картон, так как коробка может понадобиться для хранения или возврата. Если транспортный контейнер выглядит поврежденным, сохраните его до тех пор, пока вы не проверите комплектность содержимого и не проверите SPDMA механически и электрически. Убедитесь, что вы получили в посылке следующие предметы:

Детектор одиночных фотонов SPDMA
Пластиковая заглушка (артикул SM1EC2B) на муфте SM1T1-SM1 с SM1RR-SM1

Стопорное кольцо
Источник питания (±12 В, 0.3 А / 5 В, 2.5 А) со шнуром питания, разъем согласно стране заказа

Краткий справочник

Инструкция по эксплуатации
Рабочие элементы

Монтаж
Установка SPDMA на оптическом столе Установите SPDMA на оптической стойке, используя одно из трех монтажных отверстий с резьбой на левой и правой стороне и в нижней части устройства. Резьбовые отверстия с комбинированной резьбой подходят как для резьбы 8–32, так и для резьбы M4, поэтому возможно использование как дюймовых, так и метрических штифтов TR.

Установка внешней оптики
Пользовательскую систему можно прикрепить и выровнять либо с помощью внешней резьбы SM1, либо с помощью монтажных отверстий 4–40 для клеточной системы диаметром 30 мм. Позиции указаны в разделе «Элементы управления». Внешняя резьба SM1 подходит для адаптеров Thorlabs с резьбой SM1 (1.035″-40), которые совместимы с любым количеством аксессуаров Thorlabs с резьбой 1″, таких как внешняя оптика, фильтры, диафрагмы, оптоволоконные адаптеры или тубусы линз. SPDMA поставляется с соединителем SM1T1 SM1, который адаптирует внешнюю резьбу к внутренней резьбе SM1. Стопорное кольцо в муфте удерживает защитную крышку. При необходимости отвинтите муфту. Для аксессуаров, пожалуйста, посетите наш webили свяжитесь с Thorlabs.

Настраивать
После установки SPDMA настройте извещатель следующим образом:

1. Включите SPDMA, используя прилагаемый блок питания.
2. Включите SPDMA с помощью переключателя на боковой панели прибора.
3. Нажмите крышку светодиодного индикатора состояния, чтобы увидеть состояние:
4.  Красный: светодиод изначально загорится красным при подключении к источнику питания, указывая на это подключение и на необходимость дождаться, пока детектор достигнет рабочей температуры.
5. В течение нескольких секунд диод остынет и светодиод состояния загорится зеленым светом. Светодиод состояния снова загорится красным, если температура диода станет слишком высокой. Если светодиод горит красным, сигнал на импульсный выход не подается.
6. Зеленый: Детектор готов к работе. Диод прогрет до рабочей температуры и сигнал поступает на импульсный выход.

Примечание
Светодиод состояния загорается красным, когда рабочая температура становится слишком высокой. Пожалуйста, обеспечьте достаточную вентиляцию воздуха. Сдвиньте крышку перед светодиодом состояния, чтобы светодиод не мешал измерению. Чтобы повысить эффективность обнаружения фотонов, поверните винт регулировки усиления с помощью шлицевой отвертки (от 1.8 до 2.4 мм, от 0.07 до 3/32 дюйма). Более подробную информацию о коэффициенте усиления можно найти в главе «Принцип работы». Используйте минимальное усиление, когда низкая скорость счета в темноте имеет решающее значение. За это приходится платить низкой эффективностью обнаружения фотонов. Используйте «Максимальное усиление», когда желательно собрать максимальное количество фотонов. За это приходится платить более высокой скоростью счета в темноте. Поскольку время между обнаружением фотонов и выходом сигнала меняется в зависимости от настройки усиления, повторно оцените этот параметр после изменения настройки усиления.

Примечание
«Trigger In» и «Pulse Out» имеют сопротивление 50 Вт. Убедитесь, что источник триггерных импульсов способен работать на нагрузку 50 Вт, а устройство, подключенное к «Импульсному выходу», работает при входном сопротивлении 50 Вт.

Принцип работы
В Thorlabs SPDMA используется кремниевый лавинный фотодиод (Si APD), работающий в обратном направлении и смещенный немного выше порога пробоя.tage VBR (см. диаграмму ниже, точка A), также известный как лавинный объемtagе. Этот режим работы также известен как «режим Гейгера». ЛФД в режиме Гейгера будет оставаться в метастабильном состоянии до тех пор, пока не прибудет фотон и не создаст свободные носители заряда в переходе ФД. Эти свободные носители заряда вызывают лавину (точка B), приводящую к значительному току. Встроенная в ЛФД схема активного гашения ограничивает ток через ЛФД во избежание разрушения и снижает напряжение смещения.tagе ниже разбивки томtage VBR (точка C) сразу после того, как фотон выпустил лавину. Это обеспечивает высокую скорость счета с мертвым временем между отсчетами до заданного мертвого времени при максимальном усилении. После этого смещение об.tagе восстановлен.

В течение времени гашения, которое известно как «мертвое время» диода, ЛФД нечувствителен к любым другим поступающим фотонам. Возможны самопроизвольные лавины, пока диод находится в метастабильном состоянии. Если эти спонтанные лавины происходят случайно, их называют темновыми отсчетами. Встроенный элемент TEC стабилизирует температуру диода ниже температуры окружающей среды, чтобы снизить скорость темнового счета. Это устраняет необходимость в вентиляторе и позволяет избежать механических вибраций. Если спонтанно возникшие лавины коррелируют по времени с импульсом, вызванным фотоном, то это называется послеимпульсом.
Примечание
Из-за свойств ЛФД не все одиночные фотоны могут быть обнаружены. Причинами этого являются собственное мертвое время ЛФД во время закалки и нелинейность ЛФД.

Регулировка усиления
Используя винт регулировки усиления,tage за пределами развала, томtage можно настроить на SPDMA. Это увеличивает эффективность обнаружения фотонов, а также скорость темнового счета. Имейте в виду, что вероятность появления послеимпульсов немного возрастает при более высоких настройках усиления и что регулировка усиления также влияет на время между обнаружением фотонов и выходом сигнала. Мертвое время увеличивается с уменьшением усиления.

Блок-схема и триггерный вход

Импульс тока, генерируемый входящим фотоном, проходит схему формирования импульса, которая сокращает длительность выходного TTL-импульса ЛФД. На клемму «Pulse Out» подается сигнал от формирователя импульсов, что позволяет вести счет. viewизмеряется на осциллографе или регистрируется внешним счетчиком. При отсутствии триггера ворота закрываются и пропускают сигнал. Усиление изменяет смещение (избыточная громкость).tagд) на АПД. Смещение физически проходит через элемент активного гашения, но не влияет на активное гашение.

Триггер TTL
TTL-триггер позволяет избирательно активировать импульсный выход: при высоком уровне триггерного входа (указанном в технических данных) сигнал поступает на импульсный выход. Это значение по умолчанию, когда внешний сигнал TTL не применяется в качестве триггера. Всякий раз, когда используется входной сигнал триггера TTL, вход TTL по умолчанию должен быть «Низкий». Сигнал от обнаружения фотонов отправляется на импульсный выход в качестве триггерного входа.tage переключается на «Высокий». Сигналы High и Low указаны в разделе «Технические данные».
Примечание
«Trigger In» и «Pulse Out» имеют сопротивление 50 Вт. Убедитесь, что источник триггерных импульсов способен работать на нагрузку 50 Вт, а устройство, подключенное к «Импульсному выходу», работает при входном сопротивлении 50 Вт.

Техническое обслуживание и ремонт

Защищайте SPDMA от неблагоприятных погодных условий. SPDMA не является водонепроницаемым.

Внимание
Во избежание повреждения прибора не подвергайте его воздействию брызг, жидкостей или растворителей! Устройство не требует регулярного обслуживания со стороны пользователя. Он не содержит модулей и/или компонентов, которые могут быть отремонтированы пользователем. В случае возникновения неисправности обратитесь в Thorlabs для получения инструкций по возврату. Не снимайте чехлы!

Поиск неисправностей

Индикация превышения температуры APD. Схема контроля температуры обнаружила, что фактическая температура APD превысила заданное значение. В нормальных условиях эксплуатации этого не должно происходить, даже после длительной эксплуатации. Однако выход за пределы указанного диапазона рабочих температур или чрезмерное тепловое излучение детектора может вызвать предупреждение о перегреве. Светодиод состояния загорится красным, указывая на перегрев. Обеспечьте достаточный приток воздуха вокруг устройства или обеспечьте внешнее пассивное охлаждение.

Приложение
Технические данные
Все технические данные действительны при 45 ± 15 % отн. влажность (без конденсации).

1. По умолчанию при отсутствии сигнала TTL > 2 В, что позволяет подавать сигнал на импульсный выход. Поведение детектора не определено в диапазоне от 0.8 В до 2 В.
2. Неконденсирующийся

Определения
Активное гашение происходит, когда быстрый дискриминатор обнаруживает резкое начало лавинного тока, испускаемого фотоном, и быстро уменьшает напряжение смещения.tagе, так что на мгновение он опустится ниже уровня пробоя. Затем смещение возвращается к значению выше уровня пробоя.tage при подготовке к обнаружению следующего фотона. Послеимпульс: во время лавины некоторые заряды могут оказаться в ловушке внутри области сильного поля. Когда эти заряды будут выпущены, они могут спровоцировать лавину. Эти ложные события называются послеимпульсами. Время жизни этих захваченных зарядов составляет от 0.1 до 1 мкс. Следовательно, вполне вероятно, что послеимпульс возникает непосредственно после сигнального импульса.

Мертвое время — это интервал времени, который детектор проводит в состоянии восстановления. В это время он фактически слеп к поступающим фотонам. Скорость счета в темноте: это средняя скорость зарегистрированных отсчетов в отсутствие какого-либо падающего света, определяющая минимальную скорость счета, при которой сигнал преимущественно вызван реальными фотонами. События ложного обнаружения в основном имеют тепловую природу и поэтому могут быть сильно подавлены с помощью охлаждаемого детектора. Режим Гейгера: в этом режиме диод работает немного выше порога пробоя.tagе. Следовательно, одна пара электрон-дырка (созданная в результате поглощения фотона или тепловой флуктуации) может вызвать сильную лавину. Коэффициент регулировки усиления: это коэффициент, на который можно увеличить усиление. Насыщение ЛФД: количество фотонов в ЛФД не совсем линейно пропорционально падающей оптической мощности непрерывного излучения; отклонение плавно увеличивается с увеличением оптической мощности. Эта нелинейность приводит к неправильному подсчету фотонов при высоких уровнях входной мощности. При определенном уровне входной мощности количество фотонов начинает даже уменьшаться при дальнейшем увеличении оптической мощности. Каждый доставленный SPDMA проверяется на соответствующее поведение при насыщении, чтобы оно напоминало этот пример.ampле.

Графики производительности
Типичная эффективность обнаружения фотонов

Импульсный выходной сигнал

Измерение

Безопасность
Ответственность за безопасность любой системы, включающей данное оборудование, несет сборщик системы. Все заявления, касающиеся безопасности эксплуатации и технических данных в этом руководстве по эксплуатации, применимы только при правильной эксплуатации устройства в соответствии с его конструкцией. SPDMA нельзя эксплуатировать во взрывоопасных средах! Не закрывайте вентиляционные отверстия в корпусе! Не снимайте крышки и не открывайте корпус. Внутри нет деталей, обслуживаемых пользователем! Это прецизионное устройство пригодно к эксплуатации только в том случае, если оно возвращено и правильно упаковано в полную оригинальную упаковку, включая картонные вставки. При необходимости запросите замену упаковки. Поручите обслуживание квалифицированному персоналу! В это устройство нельзя вносить изменения, а также использовать компоненты, не поставляемые Thorlabs, без письменного согласия Thorlabs.

Внимание
Перед подачей питания на SPDMA убедитесь, что защитный провод 3-жильного сетевого шнура правильно подключен к контакту защитного заземления розетки! Неправильное заземление может привести к поражению электрическим током, что может привести к нанесению вреда вашему здоровью или даже к смерти! Все модули разрешается эксплуатировать только с должным образом экранированными соединительными кабелями.

Внимание
Следующее утверждение относится к продуктам, описанным в данном руководстве, если здесь не указано иное. Заявление о других продуктах появится в соответствующей сопроводительной документации.
Примечание
Данное оборудование было протестировано и признано соответствующим ограничениям для цифровых устройств класса B в соответствии с частью 15 правил FCC и отвечает всем требованиям канадского стандарта на оборудование, вызывающее помехи ICES-003 для цифровых устройств. Эти ограничения предназначены для обеспечения разумной защиты от вредных помех при установке в жилых помещениях. Данное оборудование генерирует, использует и может излучать радиочастотную энергию и, если оно установлено и используется не в соответствии с инструкциями, может создавать вредные помехи для радиосвязи. Однако нет никакой гарантии, что помехи не возникнут в конкретной установке. Если это оборудование действительно создает вредные помехи радио- или телевизионному приему, что можно определить, выключив и включив оборудование, пользователю рекомендуется попытаться устранить помехи с помощью одной или нескольких из следующих мер:

• Переориентируйте или переместите приемную антенну.
• Увеличьте расстояние между оборудованием и приемником.
• Подключите оборудование к розетке в цепи, отличной от той, к которой подключен приемник.
• Обратитесь за помощью к дилеру или опытному радио-/телевизионному технику.
• Пользователи, которые изменяют или модифицируют продукт, описанный в этом руководстве, способом, не одобренным Thorlabs (стороной, ответственной за соответствие), могут лишить пользователя права управлять оборудованием.

Thorlabs GmbH не несет ответственности за любые радиотелевизионные помехи, вызванные модификациями этого оборудования или заменой или подключением соединительных кабелей и оборудования, отличных от указанных Thorlabs. Ответственность за устранение помех, вызванных такой несанкционированной модификацией, заменой или присоединением, несет пользователь. При подключении данного оборудования к любым дополнительным периферийным или хост-устройствам необходимо использовать экранированные кабели ввода-вывода. Невыполнение этого требования может привести к нарушению правил FCC и ICES.

Внимание
Мобильные телефоны, сотовые телефоны или другие радиопередатчики нельзя использовать в радиусе трех метров от данного устройства, поскольку интенсивность электромагнитного поля может превысить максимально допустимые значения помех согласно IEC 61326-1. Этот продукт был протестирован и признан соответствующим ограничениям IEC 61326-1 для использования соединительных кабелей длиной менее 3 метров (9.8 футов).

Сертификаты и соответствия

Гарантия

Документы/Ресурсы

Модуль обнаружения одиночных фотонов Thorlabs SPDMA [pdf] Руководство пользователя SPDMA Модуль обнаружения одиночных фотонов, SPDMA, Модуль обнаружения одиночных фотонов, Модуль обнаружения фотонов, Модуль обнаружения, Модуль

Ссылки

• Руководство пользователя