Thorlabs SPDMA Single Photon Detection Module

Produktinformation

• Produktnamn: Enkelfotondetektor SPDMA
• Tillverkare: Thorlabs GmbH
• Version: 1.0
• Datum: 08 december 2021

Allmän information
Thorlabs SPDMA Single Photon Detector är designad för optiska mättekniker. Den använder en kyld lavinfotodiod av kisel som är specialiserad för ett våglängdsområde från 350 till 1100 nm, med maximal känslighet vid 600 nm. Detektorn omvandlar inkommande fotoner till en TTL-pulssignal, vilket kan vara viewed på ett oscilloskop eller ansluten till en extern räknare via SMA-anslutningen. SPDMA har ett integrerat Thermo Electric Cooler (TEC) element som stabiliserar diodens temperatur, vilket minskar mörkertalet. Detta möjliggör hög effektivitet för fotondetektion och möjliggör detektering av effektnivåer ner till fW. Dioden innehåller också en aktiv släckningskrets för höga räknehastigheter. Utsignalen kan optimeras med hjälp av förstärkningsjusteringsskruven.

Detektorn kan triggas externt med en TTL Trigger IN-signal för att välja tidsram för detektering av enstaka fotoner. Optisk inriktning underlättas av den relativt stora aktiva arean på dioden, som har en diameter på 500 mm. Dioden är fabriksinställd för att vara koncentrisk med ingångsöppningen, vilket säkerställer högkvalitativ prestanda. SPDMA är kompatibel med Thorlabs 1” linsrör och Thorlabs 30 mm Cage System, vilket möjliggör flexibel integration i optiska system. Den kan monteras i metriska eller imperialistiska system med hjälp av 8-32 och M4 kombigängade monteringshål. Produkten inkluderar en SM1T1 SM1-koppling, som anpassar den utvändiga gängan till en invändig gänga, tillsammans med en SM1RR-hållningsring och en återanvändbar skyddande plastkåpa.

Produktanvändningsinstruktioner
Montering

1. Identifiera lämpligt monteringssystem för din installation (metriskt eller imperialiskt).
2. Rikta in SPDMA:n med monteringshålen på det valda systemet.
3. Fäst SPDMA säkert med lämpliga skruvar eller bultar.

Inställning

1. Anslut SPDMA:n till strömförsörjningen enligt de medföljande specifikationerna.
2. Vid behov, anslut ett oscilloskop eller en extern räknare till SMA-anslutningen för att övervaka utgångspulssignalen.
3. Om du använder en extern trigger, anslut TTL Trigger IN-signalen till lämplig ingångsport på SPDMA.
4. Se till att diodens temperatur stabiliseras genom att ge tillräckligt med tid för Thermo Electric Cooler-elementet (TEC) att nå sin driftstemperatur.
5. Utför alla nödvändiga förstärkningsjusteringar med hjälp av förstärkningsjusteringsskruven för att optimera utsignalen.

Verksamhetsprincip
SPDMA fungerar genom att omvandla inkommande fotoner till en TTL-pulssignal med hjälp av den kylda lavinfotodioden av kisel. Den aktiva släckningskretsen integrerad i dioden möjliggör höga räknehastigheter. TTL Trigger IN-signalen kan användas för att externt trigga detektering av enstaka fotoner inom en specifik tidsram.
Notera: Se alltid användarmanualen och säkerhetsinstruktionerna från Thorlabs GmbH för detaljerad information om felsökning, tekniska data, prestandadiagram, dimensioner, säkerhetsåtgärder, certifieringar och överensstämmelse, garanti och tillverkarens kontaktuppgifter.

Vi strävar efter att utveckla och producera de bästa lösningarna för dina applikationer inom området optiska mättekniker. För att hjälpa oss att leva upp till dina förväntningar och ständigt förbättra våra produkter behöver vi dina idéer och förslag. Vi och våra internationella partners ser fram emot att höra från dig.

Varning
Avsnitt markerade med denna symbol förklarar faror som kan leda till personskada eller dödsfall. Läs alltid den tillhörande informationen noggrant innan du utför den angivna proceduren

Uppmärksamhet
Stycken som föregås av denna symbol förklarar faror som kan skada instrumentet och den anslutna utrustningen eller kan orsaka förlust av data. Denna handbok innehåller också "ANMÄRKNINGAR" och "TIPS" skrivna i detta formulär. Läs detta råd noggrant!

Allmän information

Thorlabs SPDMA Single Photon Detector använder en kyld lavinfotodiod av kisel, specialiserad för ett våglängdsområde från 350 till 1100 nm med en maximal känslighet vid 600 nm. Inkommande fotoner omvandlas till en TTL-puls i detektorn. SMA-anslutningen erbjuder en direkt utgångspulssignal från modulen som kan vara viewed på ett oscilloskop eller ansluten till en extern räknare. Ett integrerat Thermo Electric Cooler-element (TEC) stabiliserar diodens temperatur för att minska mörkräkningshastigheten. Den låga mörkerräkningshastigheten och den höga fotondetektionseffektiviteten tillåter detektering av effektnivåer ner till fW. Den aktiva släckningskretsen integrerad i dioden på SPDMA möjliggör höga räknehastigheter. Utsignalen kan ytterligare optimeras genom kontinuerlig justering med hjälp av förstärkningsjusteringsskruven. Med hjälp av en TTL Trigger IN-signal kan SPDMA triggas externt för att välja tidsram för detektering av enstaka fotoner. Optisk inriktning förenklas av den relativt stora aktiva arean av dioden med en diameter på 500 mm. Dioden är aktivt inriktad på fabriken för att vara koncentrisk med ingångsöppningen, vilket bidrar till den höga kvaliteten på denna enhet. För flexibel integrering i optiska system, rymmer SPDMA alla Thorlabs 1” linsrör såväl som Thorlabs 30 mm Cage System. SPDMA kan monteras i metriska eller imperialistiska system tack vare 8-32 och M4 kombigängade monteringshål. Produkten inkluderar en SM1T1 SM1-koppling som anpassar den utvändiga gängan till en invändig gänga och håller SM1RR-hållringen och en återanvändbar skyddande plastkåpa. En annan advantage är att SPDMA inte kan skadas av oönskat omgivande ljus, vilket är avgörande för många fotomultiplikatorrör.

Uppmärksamhet
Se all säkerhetsinformation och varningar om denna produkt i kapitlet Säkerhet i bilagan.

Beställningskoder och tillbehör

SPDMA Single-Photon Detector, 350 nm – 1100 nm, Active Area Diameter 0.5 mm, Combi-Thread Monteringshål Kompatibel med 8-32 och M4 gängor

Tillbehör som ingår

• Strömförsörjning (±12 V, 0.3 A / 5 V, 2.5 A)
• Plastkåpa (Art.nr SM1EC2B) på en medföljande SM1T1 SM1-koppling med en SM1RR SM1-hållningsring.

Valfria tillbehör

• Alla Thorlabs interna eller externa SM1 (1.035″-40) gängade tillbehör är kompatibla med SPDMA.
• 30 mm Cage System kan monteras på SPDMA.
• Besök vår hemsida http://www.thorlabs.com för olika tillbehör som fiberadaptrar, stolpar och stolphållare, datablad och ytterligare information.

Komma igång

Delarlista
Vänligen inspektera fraktbehållaren för skador. Skär inte igenom kartongen, eftersom kartongen kan behövas för förvaring eller retur. Om fraktbehållaren verkar vara skadad, förvara den tills du har kontrollerat innehållet för fullständighet och testat SPDMA mekaniskt och elektriskt. Verifiera att du har fått följande varor i paketet:

SPDMA Single Photon Detektor
Plastkåpa (artikelnr SM1EC2B) på SM1T1-SM1 koppling med en SM1RR-SM1

Låsring
Strömförsörjning (±12V, 0.3 A / 5 V, 2.5 A) med nätsladd, kontakt enligt beställningsland

Snabbreferens

Bruksanvisning
Operativa element

Montering
Montera SPDMA på ett optiskt bord Montera SPDMA på en optisk stolpe genom att använda något av de tre gängade monteringshålen på enhetens vänstra och högra sida och undersidan. De kombigängade gängade hålen accepterar både 8-32 och M4 gängor, så att det är möjligt att använda antingen imperial eller metrisk TR-stolpar.

Montering av extern optik
Kundsystemet kan fästas och justeras med antingen den externa SM1-gängan eller de 4-40 monteringshålen för ett 30 mm bursystem. Positionerna anges i avsnittet Driftselement. Den externa SM1-gängan rymmer Thorlabs SM1-gängade (1.035″-40) adaptrar som är kompatibla med valfritt antal Thorlabs 1”-gängade tillbehör, som extern optik, filter, öppningar, fiberadaptrar eller linsrör. SPDMA:n levereras med en SM1T1 SM1-koppling som anpassar den yttre gängan till en SM1 invändig gänga. En låsring i kopplingen håller skyddslocket. Vänligen skruva loss kopplingen om det behövs. För tillbehör, besök vår webwebbplats eller kontakta Thorlabs.

Inställning
Efter montering av SPDMA, ställ in detektorn enligt följande:

1. Slå på SPDMA:n med det medföljande nätaggregatet.
2. Slå på SPDMA med hjälp av växlingsknappen på sidan av instrumentet.
3. Tryck på locket från statuslampan för att se status:
4.  Röd: Lysdioden kommer initialt att vara röd vid anslutning till strömförsörjningen för att indikera denna anslutning och behovet av att vänta tills detektorn har nått driftstemperaturen.
5. Inom några sekunder kyls dioden ner och statuslampan blir grön. Statuslampan återgår till rött när diodtemperaturen är för hög. Om lysdioden lyser rött skickas ingen signal till pulsutgången.
6. Grön: Detektorn är klar att användas. Dioden har driftstemperatur och signalen kommer till pulsutgången.

Notera
Statuslampan blir röd när driftstemperaturen är för hög. Se till att ventilationen är tillräcklig. Skjut tillbaka locket framför statuslampan för att förhindra att LED-lampan stör mätningen. För att öka effektiviteten för fotondetektion, vrid på förstärkningsjusteringsskruven med en spårskruvmejsel (1.8 till 2.4 mm, 0.07" till 3/32"). För mer information om förstärkningen, se kapitlet Funktionsprincip. Använd Minimum Gain när en låg mörkräkningshastighet är kritisk. Detta kommer på bekostnad av låg effektivitet för fotondetektion. Använd Maximal Gain när det är önskvärt att samla in ett maximalt antal fotoner. Detta kommer på bekostnad av en högre mörkräkningshastighet. Eftersom tiden mellan fotondetektion och utsignal ändras med förstärkningsinställningen, omvärdera denna parameter efter att ha ändrat förstärkningsinställningen.

Notera
"Trigger In" och "Pulse Out" har en impedans på 50 W. Se till att triggerpulskällan kan arbeta på en 50 W belastning och att enheten som är ansluten till "Pulse Out" arbetar med en 50 W ingångsimpedans.

Verksamhetsprincip
Thorlabs SPDMA använder en lavinfotodiod av kisel (Si APD), som drivs i motsatt riktning och är förspänd något över nedbrytningströskeln vol.tage VBR (se diagram nedan, punkt A), även känd som lavinen voltage. Detta driftläge är också känt som "Geiger-läge". En APD i Geigerläge kommer att förbli i ett metastabilt tillstånd tills en foton anländer och genererar gratis laddningsbärare i PD:s korsning. Dessa gratisladdningsbärare utlöser en lavin (punkt B), vilket leder till en betydande ström. En aktiv släckningskrets integrerad i APD begränsar strömmen genom APD för att undvika förstörelse och sänker bias volymentage under uppdelningen voltage VBR (punkt C) omedelbart efter att en foton släppte en lavin. Detta möjliggör höga räknehastigheter med dödtid mellan nedräkningarna till den specificerade dödtiden vid max förstärkning. Efteråt, bias voltage återställs.

Under släckningstiden, som är känd som diodens dödtid, är APD:n okänslig för andra inkommande fotoner. Spontant utlösta laviner är möjliga medan dioden är i ett metastabilt tillstånd. Om dessa spontana laviner inträffar slumpmässigt kallas de för mörkertal. Ett integrerat TEC-element stabiliserar diodens temperatur under omgivningstemperaturen för att minska mörkräkningshastigheten. Detta eliminerar behovet av en fläkt och undviker mekaniska vibrationer. Om de spontant utlösta lavinerna är korrelerade i tid med en puls som orsakas av en foton, kallas det en efterpuls.
Notera
På grund av APD-egenskaper kanske inte alla enstaka fotoner detekteras. Orsakerna är APD:s inneboende dödtid under släckning och LAPD:s olinjäritet.

Förstärkningsjustering
Med hjälp av förstärkningsjusteringsskruven, en övervoltage bortom uppdelningen voltage kan justeras till SPDMA. Detta ökar effektiviteten för fotondetektion men också mörkerräkningshastigheten. Var medveten om att sannolikheten för efterpulsering ökar något med högre förstärkningsinställningar och att justering av förstärkningen också påverkar tiden mellan fotondetektering och utsignal. Dödtiden ökar med minskande förstärkning.

Blockdiagram och trigger IN

Den strömpuls som genereras av en inkommande foton passerar en pulsformningskrets, vilket förkortar APD:s utgående TTL-pulslängd. På "Pulse Out"-terminalen appliceras signalen från pulsformaren så att räkningar kan göras viewed på ett oscilloskop eller registreras av en extern räknare. I avsaknad av en trigger stängs porten och låter signalen gå ut. Gain ändrar Bias (övervoltage) på APD. Bias styrs fysiskt genom det aktiva släckningselementet men påverkar inte den aktiva släckningen.

TTL-utlösare
TTL-triggern möjliggör selektiv aktivering av pulsutgången: Vid hög triggeringång (specificerad i tekniska data) anländer signalen till Pulse Out. Detta är standard när ingen extern TTL-signal används som en trigger När en TTL-triggeringångssignal används måste standard-TTL-ingången vara "Low". Signalen från fotondetektion skickas till Pulse Out som Trigger Input voltage växlar till "Hög". Höga och låga signaler anges i avsnittet Tekniska data.
Notera
"Trigger In" och "Pulse Out" har en impedans på 50 W. Se till att triggerpulskällan kan arbeta på en 50 W belastning och att enheten som är ansluten till "Pulse Out" arbetar med en 50 W ingångsimpedans.

Underhåll och Service

Skydda SPDMA från ogynnsamma väderförhållanden. SPDMA är inte vattentålig.

Uppmärksamhet
För att undvika skador på instrumentet, utsätt det inte för spray, vätskor eller lösningsmedel! Enheten behöver inte regelbundet underhåll av användaren. Den innehåller inga moduler och/eller komponenter som kan repareras av användaren. Om ett fel uppstår, kontakta Thorlabs för returinstruktioner. Ta inte bort skydden!

Felsökning

APD-övertemperatur indikerad Temperaturkontrollkretsen upptäckte att den faktiska temperaturen på APD:n översteg börvärdet. Under normala driftförhållanden bör detta inte hända, inte ens efter långvarig drift. En ökning utöver gränserna för det specificerade driftstemperaturintervallet eller överdriven värmestrålning på detektorn kan dock orsaka en övertemperaturvarning. Statuslampan blir röd för att indikera överhettning. Säkerställ tillräckligt med luftflöde runt enheten eller tillhandahåll extern passiv kylning

Bilaga
Tekniska data
Alla tekniska data är giltiga vid 45 ± 15 % rel. fuktighet (icke-kondenserande).

1. Standard i frånvaro av en TTL-signal är > 2 V, vilket tillåter signalen till pulsutgången. Detektorbeteendet är inte definierat mellan 0.8 V och 2 V.
2. Icke-kondenserande

Definitioner
Active Quenching inträffar när en snabb diskriminator känner av lavinströmmens branta start, frigörs av en foton och snabbt minskar biasvolymentage så att den ligger under nedbrytningen tillfälligt. Förspänningen returneras sedan till ett värde över nedbrytningsvolymentage som förberedelse för detektion av nästa foton. Efterpulsering: Under en lavin kan vissa laddningar fångas inne i högfältsområdet. När dessa laddningar släpps kan de utlösa en lavin. Dessa falska händelser kallas efterpulser. Livslängden för dessa fångade laddningar är i storleksordningen 0.1 μs till 1 μs. Därför är det troligt att en efterpuls inträffar direkt efter en signalpuls.

Dödtid är det tidsintervall som detektorn tillbringar i sitt återställningstillstånd. Under denna tid är den effektivt blind för inkommande fotoner. Dark Count Rate: Detta är den genomsnittliga frekvensen av registrerade räkningar i frånvaro av något infallande ljus och bestämmer den lägsta räknehastigheten vid vilken signalen dominerande orsakas av verkliga fotoner. De falska detekteringshändelserna är mestadels av termiskt ursprung och kan därför kraftigt undertryckas genom att använda en kyld detektor. Geigerläge: I detta läge drivs dioden något över nedbrytningströskeln voltage. Därför kan ett enstaka elektron-hålspar (genererat av absorptionen av en foton eller av en termisk fluktuation) utlösa en kraftig lavin. Förstärkningsjusteringsfaktor: Detta är den faktor med vilken förstärkningen kan ökas. Mättnad av APD: Fotonräkningen av en APD är inte exakt linjärt proportionell mot den infallande optiska CW-effekten; avvikelsen ökar smidigt med ökande optisk effekt. Denna icke-linjäritet leder till fel fotonantal vid höga ineffektnivåer. Vid en viss ineffektnivå börjar fotonantalet till och med minska med en ytterligare ökning av optisk effekt. Varje levererad SPDMA testas för lämpligt mättnadsbeteende för att likna detta example.

Performance Plots
Typisk fotondetektionseffektivitet

Utpulssignal

Dimensionera

Säkerhet
Säkerheten för alla system som innehåller utrustningen är den som monterar systemet. Alla uttalanden om driftsäkerhet och tekniska data i denna bruksanvisning gäller endast när enheten används på rätt sätt som den konstruerades. SPDMA får inte användas i explosionsfarliga miljöer! Blockera inte några luftventilationsöppningar i huset! Ta inte bort locken eller öppna skåpet. Det finns inga delar som användaren kan reparera inuti! Denna precisionsenhet kan endast användas om den returneras och är korrekt packad i den kompletta originalförpackningen inklusive kartonginläggen. Vid behov, be om ersättningsförpackning. Överlåt service till kvalificerad personal! Ändringar av denna enhet kan inte göras och inte heller får komponenter som inte levereras av Thorlabs användas utan skriftligt medgivande från Thorlabs.

Uppmärksamhet
Innan du ansluter ström till SPDMA, se till att skyddsledaren på nätsladden med 3 ledare är korrekt ansluten till den skyddande jordkontakten på uttaget! Felaktig jordning kan orsaka elektriska stötar som kan leda till skada på din hälsa eller till och med dödsfall! Alla moduler får endast drivas med vederbörligen skärmade anslutningskablar.

Uppmärksamhet
Följande uttalande gäller för de produkter som omfattas av denna handbok om inte annat anges här. Uttalandet för övriga produkter kommer att finnas i respektive medföljande dokumentation.
Notera
Denna utrustning har testats och befunnits överensstämma med gränserna för en digital enhet av klass B, i enlighet med del 15 av FCC-reglerna och uppfyller alla krav i den kanadensiska standarden för störningsorsakande utrustning ICES-003 för digitala apparater. Dessa gränser är utformade för att ge rimligt skydd mot skadliga störningar i en bostadsinstallation. Denna utrustning genererar, använder och kan utstråla radiofrekvensenergi och kan, om den inte installeras och används i enlighet med instruktionerna, orsaka skadliga störningar på radiokommunikation. Det finns dock ingen garanti för att störningar inte kommer att inträffa i en viss installation. Om den här utrustningen orsakar skadliga störningar på radio- eller tv-mottagning, vilket kan fastställas genom att slå av och på utrustningen, uppmuntras användaren att försöka korrigera störningen med en eller flera av följande åtgärder:

• Rikta om eller flytta mottagningsantennen.
• Öka avståndet mellan utrustningen och mottagaren.
• Anslut utrustningen till ett uttag på en annan krets än den som mottagaren är ansluten till.
• Rådfråga återförsäljaren eller en erfaren radio/TV-tekniker för hjälp.
• Användare som ändrar eller modifierar produkten som beskrivs i denna manual på ett sätt som inte uttryckligen godkänts av Thorlabs (den part som ansvarar för efterlevnaden) kan upphäva användarens behörighet att använda utrustningen.

Thorlabs GmbH ansvarar inte för radio-tv-störningar som orsakas av modifieringar av denna utrustning eller utbyte eller anslutning av anslutningskablar och annan utrustning än de som specificeras av Thorlabs. Korrigering av störningar orsakade av sådan obehörig modifiering, ersättning eller bifogning kommer att vara användarens ansvar. Användning av skärmade I/O-kablar krävs när den här utrustningen ansluts till alla valfria kringutrustningar eller värdenheter. Underlåtenhet att göra det kan bryta mot FCC och ICES regler.

Uppmärksamhet
Mobiltelefoner, mobiltelefoner eller andra radiosändare får inte användas inom räckvidden av tre meter från denna enhet eftersom det elektromagnetiska fältets intensitet då kan överskrida de maximalt tillåtna störningsvärdena enligt IEC 61326-1. Denna produkt har testats och befunnits uppfylla gränserna enligt IEC 61326-1 för användning av anslutningskablar kortare än 3 meter (9.8 fot).

Certifieringar och efterlevnad

Garanti

Dokument/resurser

Thorlabs SPDMA Single Photon Detection Module [pdf] Användarmanual SPDMA Single Photon Detection Module, SPDMA, Single Photon Detection Module, Photon Detection Module, Detection Module, Module

Referenser

• Användarmanual