Thorlabs SPDMA 单光子检测模块
产品信息
- 产品名称： 单光子探测器 SPDMA
- 制造商： Thorlabs有限公司
- 版本： 1.0
- 日期： 08 年 2021 月 XNUMX 日
一般信息
Thorlabs 的 SPDMA 单光子探测器专为光学测量技术而设计。 它采用专门用于 350 至 1100 nm 波长范围的冷却硅雪崩光电二极管，在 600 nm 处具有最大灵敏度。 探测器将入射光子转换为 TTL 脉冲信号，该信号可 view在示波器上编辑或通过 SMA 连接连接到外部计数器。 SPDMA 具有集成热电冷却器 (TEC) 元件，可稳定二极管的温度，降低暗计数率。 这样可以实现高光子检测效率，并能够检测低至 fW 的功率水平。 该二极管还集成了有源猝灭电路，可实现高计数率。 可以使用增益调节螺丝优化输出信号。
探测器可以使用 TTL 触发输入信号进行外部触发，以选择检测单光子的时间范围。 直径为 500 毫米的二极管具有相对较大的有效区域，使光学对准变得更加容易。 二极管在出厂时已与输入孔径同心对齐，确保高质量的性能。 SPDMA 与 Thorlabs 1” 透镜套管和 Thorlabs 30 mm 笼式系统兼容，可灵活集成到光学系统中。 它可以使用 8-32 和 M4 组合螺纹安装孔安装在公制或英制系统中。 该产品包括一个 SM1T1 SM1 连接器，可将外螺纹适配为内螺纹，以及一个 SM1RR 扣环和一个可重复使用的保护性塑料盖。
产品使用说明
安装
- 确定适合您的设置的安装系统（公制或英制）。
- 将 SPDMA 与所选系统的安装孔对齐。
- 使用合适的螺钉或螺栓牢固地固定 SPDMA。
设置
- 根据提供的规格将 SPDMA 连接到电源。
- 如果需要，将示波器或外部计数器连接到 SMA 连接以监控输出脉冲信号。
- 如果使用外部触发器，请将 TTL 触发器输入信号连接到 SPDMA 上的相应输入端口。
- 允许热电冷却器 (TEC) 元件有足够的时间达到其工作温度，以确保二极管的温度稳定。
- 使用增益调整螺钉执行任何必要的增益调整，以优化输出信号。
工作原理
SPDMA 的工作原理是使用冷却硅雪崩光电二极管将传入光子转换为 TTL 脉冲信号。 集成到二极管中的有源猝灭电路可实现高计数率。 TTL触发IN信号可用于外部触发特定时间范围内的单光子检测。
笔记：请务必参阅 Thorlabs GmbH 提供的用户手册和安全说明，了解有关故障排除、技术数据、性能图、尺寸、安全预防措施、认证和合规性、保修以及制造商联系方式的详细信息。
我们的目标是为您在光学测量技术领域的应用开发和生产最佳解决方案。 为了帮助我们不辜负您的期望并不断改进我们的产品，我们需要您的想法和建议。 我们和我们的国际合作伙伴期待您的来信。
警告
标有此符号的部分解释了可能导致人身伤害或死亡的危险。 在执行指示的程序之前，请务必仔细阅读相关信息
注意力
该符号前面的段落解释了可能损坏仪器和连接设备或可能导致数据丢失的危险。 本手册还包含以此形式书写的“注释”和“提示”。 请仔细阅读此建议！
一般信息
Thorlabs的SPDMA单光子探测器使用冷却硅雪崩光电二极管，专门用于350至1100 nm的波长范围，最大灵敏度为600 nm。 入射光子在探测器中转换为 TTL 脉冲。 SMA 连接提供来自模块的直接输出脉冲信号 view在示波器上编辑或连接到外部计数器。 集成热电冷却器 (TEC) 元件可稳定二极管的温度，从而降低暗计数率。 低暗计数率和高光子检测效率允许检测低至 fW 的功率水平。 集成到 SPDMA 二极管中的有源猝灭电路可实现高计数率。 通过使用增益调节螺丝连续调节，可以进一步优化输出信号。 使用 TTL 触发输入信号，可以外部触发 SPDMA 以选择检测单光子的时间范围。 直径为 500 mm 的二极管具有相对较大的有源区域，从而简化了光学对准。 二极管在工厂主动对准，与输入孔径同心，这增加了该设备的高质量。 为了灵活集成到光学系统中，SPDMA 可容纳任何 Thorlabs 1” 透镜套管以及 Thorlabs 30 mm 笼式系统。 由于具有 8-32 和 M4 组合螺纹安装孔，SPDMA 可以安装在公制或英制系统中。 该产品包括一个 SM1T1 SM1 连接器，可将外螺纹适配为内螺纹，并固定 SM1RR 扣环和可重复使用的保护性塑料盖。 另一个优点tage 是 SPDMA 不会被不需要的环境光损坏，这对于许多光电倍增管至关重要。
注意力
请在附录的“安全”一章中找到有关本产品的所有安全信息和警告。
订购代码和附件
SPDMA 单光子探测器，350 nm – 1100 nm，有效区域直径 0.5 mm，组合螺纹安装孔，兼容 8-32 和 M4 螺纹
附带配件
- 电源（±12V，0.3A/5V，2.5A）
- 附带的 SM1T2 SM1 耦合器上的塑料盖帽（项目号 SM1EC1B），带有 SM1RR SM1 扣环。
可选配件
- 所有Thorlabs内部或外部SM1（1.035英寸-40）螺纹配件均与SPDMA兼容。
- 30 毫米笼式系统可以安装在 SPDMA 上。
- 请访问我们的主页 http://www.thorlabs.com 有关各种配件，如光纤适配器、接线柱和接线柱支架、数据表以及更多信息。
入门
零件清单
请检查运输容器是否有损坏。 请不要切开纸板，因为盒子可能需要用于存储或退货。 如果运输容器似乎已损坏，请保留它，直到检查了内容的完整性并测试了 SPDMA 的机械和电气性能。 确认您已收到包裹中的以下物品：
SPDMA单光子探测器
带 SM1RR-SM2 的 SM1T1-SM1 耦合器上的塑料盖帽（项目号 SM1EC1B）
挡圈
电源（±12V、0.3 A / 5 V、2.5 A），带电源线、连接器（根据订购国家/地区而定）
快速参考
操作说明
操作元件
安装
将 SPDMA 安装在光学平台上 使用设备左侧、右侧和底部的三个螺纹安装孔之一将 SPDMA 安装在光学柱上。 组合螺纹螺纹孔可接受 8-32 和 M4 螺纹，因此可以使用英制或公制 TR 柱。
安装外部光学器件
客户系统可以使用 SM1 外螺纹或 4 毫米笼式系统的 40-30 个安装孔进行连接和对齐。 这些位置在操作元件部分中指示。 外部 SM1 螺纹可容纳 Thorlabs 的 SM1 螺纹 (1.035"- 40) 适配器，该适配器与任意数量的 Thorlabs 1" 螺纹配件兼容，例如外部光学器件、滤光片、光圈、光纤适配器或透镜套管。 SPDMA 附带一个 SM1T1 SM1 耦合器，可将外螺纹适配为 SM1 内螺纹。 耦合器中的固定环固定保护盖。 如果需要，请拧下耦合器。 如需配件，请访问我们的 web网站或联系 Thorlabs。
设置
安装 SPDMA 后，按如下方式设置检测器：
- 使用随附的电源为 SPDMA 供电。
- 使用仪器侧面的切换按钮打开 SPDMA。
- 推开状态 LED 的盖子即可查看状态：
- 红色：连接到电源后，LED 最初会呈红色，以指示此连接以及需要等待检测器达到工作温度。
- 几秒钟内，二极管冷却下来，状态 LED 将变为绿色。 当二极管温度过高时，状态 LED 将返回红色。 如果 LED 为红色，则没有信号发送到脉冲输出。
- 绿色：检测器已准备好运行。 二极管处于工作温度并且信号到达脉冲输出。
笔记
当工作温度过高时，状态 LED 将变为红色。 请确保足够的空气流通。 将盖子推回到状态 LED 前面，以防止 LED 灯干扰测量。 为了提高光子检测效率，请用一字螺丝刀（1.8 至 2.4 毫米，0.07 英寸至 3/32 英寸）转动增益调节螺丝。 有关增益的更多信息，请参阅“工作原理”一章。 当低暗计数率至关重要时，请使用最小增益。 这是以低光子探测效率为代价的。 当需要收集最大数量的光子时，请使用最大增益。 这是以更高的暗计数率为代价的。 由于光子检测和信号输出之间的时间随增益设置而变化，因此更改增益设置后请重新评估此参数。
笔记
“触发输入”和“脉冲输出”的阻抗为 50 W。 确保触发脉冲源能够在 50 W 负载下工作，并且连接到“Pulse Out”的设备在 50 W 输入阻抗下工作。
工作原理
Thorlabs SPDMA 使用硅雪崩光电二极管 (Si APD)，以相反方向运行，偏置电压略高于击穿阈值 voltage VBR（见下图，A点），也称为雪崩体积tage. 这种工作模式也称为“盖革模式”。 盖革模式下的 APD 将保持亚稳态，直到光子到达并在 PD 的结中产生自由载流子。 这些自由电荷载流子会触发雪崩（B 点），从而产生大量电流。 集成到 APD 中的有源猝灭电路限制通过 APD 的电流以避免损坏并降低偏置电压tage 低于击穿体积tag光子释放雪崩后立即 e VBR（C 点）。 这可实现高计数率，并在最大增益下计数到指定死区时间之间有死区时间。 之后，偏置电压tage 恢复。
在猝灭时间（即二极管的死区时间）期间，APD 对任何其他传入光子不敏感。 当二极管处于亚稳态时，可能会自发触发雪崩。 如果这些自发雪崩随机发生，则称为暗计数。 集成的 TEC 元件可将二极管的温度稳定在环境温度以下，以降低暗计数率。 这样就不需要风扇并避免机械振动。 如果自发触发的雪崩在时间上与光子引起的脉冲相关，则称为后脉冲。
笔记
由于 APD 特性，并非所有单光子都可以被检测到。 原因是 APD 在淬火期间固有的死区时间和 LAPD 的非线性。
增益调整
使用增益调节螺丝，过压tage 超出击穿体积tage可以调整为SPDMA。 这不仅提高了光子探测效率，还提高了暗计数率。 请注意，增益设置越高，后脉冲的概率会略有上升，并且调整增益也会影响光子检测和信号输出之间的时间。 死区时间随着增益的减小而增加。
框图和触发输入
入射光子产生的电流脉冲通过脉冲整形电路，从而缩短 APD 的输出 TTL 脉冲持续时间。 在“脉冲输出”端子上，应用来自脉冲整形器的信号，以便可以进行计数 view在示波器上编辑或通过外部计数器记录。 在没有触发器的情况下，门关闭并允许信号输出。 增益改变偏置（overvoltage) 在 APD 上。 偏置通过主动淬火元件进行物理引导，但不会影响主动淬火。
TTL 触发
TTL 触发器允许选择性激活脉冲输出：在高触发输入（技术数据中指定）时，信号到达脉冲输出。 当没有外部 TTL 信号用作触发时，这是默认设置。每当使用 TTL 触发输入信号时，默认 TTL 输入需要为“低”。 来自光子检测的信号被发送到脉冲输出作为触发输入音量tage 切换至“高”。 高信号和低信号在技术数据部分中指定。
笔记
“触发输入”和“脉冲输出”的阻抗为 50 W。 确保触发脉冲源能够在 50 W 负载下工作，并且连接到“Pulse Out”的设备在 50 W 输入阻抗下工作。
维护和服务
保护 SPDMA 免受恶劣天气条件的影响。 SPDMA 不防水。
注意力
为避免损坏仪器，请勿将其暴露于喷雾、液体或溶剂中！ 该装置不需要用户定期维护。 它不包含任何可由用户修复的模块和/或组件。 如果出现故障，请联系 Thorlabs 以获取退货说明。 请勿取下盖子！
故障排除
APD 温度过高 温度控制电路识别出 APD 的实际温度超过了设定值。 在正常操作条件下，即使经过长期操作，也不会发生这种情况。 然而，超过指定工作温度范围的限制或探测器上的热辐射过多可能会导致过热警报。 状态 LED 将变为红色表示过热。 确保设备周围有足够的气流或提供外部被动冷却
附录
技术数据
所有技术数据均在 45 ± 15% rel 下有效。 湿度（非冷凝）。
| 物品 ＃ | SPDMA |
| 探测器 | |
| 探测器类型 | 硅APD |
| 波长范围 | 350 纳米 – 1100 纳米 |
| 有效探测器区域直径 | 500米 |
| 增益最大时的典型光子检测效率 (PDE) | 58%（@ 500 纳米）
66%（@ 650 纳米） 43%（@ 820 纳米） |
| 增益调整系数（典型值） | 4 |
| 计数率@增益最大。 最小
类型 |
>10兆赫 20兆赫 |
| 暗计数率@增益最小值@增益最大值 |
< 75 Hz（典型值）； < 400 赫兹（最大） < 300 Hz（典型值）； < 1500 赫兹（最大） |
| 死区时间@最大增益 | < 35 纳秒 |
| 50 Ω 负载时的输出脉冲宽度 | 10 纳秒（最小值）； 15 纳秒（典型值）； 20 纳秒（最大值） |
| 输出脉冲 Amp纬度 @ 50 Ω 负载 TTL 高
TTL低电平 |
3.5伏0伏 |
| 触发输入 TTL 信号 1
低（收盘） 高（开盘） |
< 0.8 伏 > 2伏 |
| 后脉冲概率@增益最小。 | 1%（典型值） |
| 一般的 | |
| 电源 | ±12V，0.3A/5V，2.5A |
| 工作温度范围 2 | 0 至 35 °C |
| APD 工作温度 | -20 摄氏度 |
| APD 温度稳定性 | <0.01 K |
| 存储温度范围 | -40 °C 至 70 °C |
| 尺寸（宽 x 高 x 深） | 72.0 毫米 x 51.3 毫米 x 27.4 毫米（2.83 英寸 x 2.02 英寸 x 1.08 英寸） |
| 重量 | 150 克 |
- 没有 TTL 信号时的默认电压为 > 2 V，允许信号输出脉冲。 检测器行为未定义在 0.8 V 和 2 V 之间。
- 无凝结
定义
当快速鉴别器感测到由光子释放的雪崩电流的陡峭开始并快速降低偏置电压时，就会发生主动猝灭tage 使其暂时低于击穿电压。 然后偏置返回到击穿电压以上的值tage 为探测下一个光子做准备。 后脉冲：在雪崩期间，一些电荷可能被捕获在高场区域内。 当这些电荷释放时，可能会引发雪崩。 这些虚假事件称为后脉冲。 这些被捕获电荷的寿命约为 0.1 μs 至 1 μs。 因此，后脉冲很可能直接发生在信号脉冲之后。
死区时间是检测器处于恢复状态的时间间隔。 在此期间，它实际上对传入光子视而不见。 暗计数率：这是在没有任何入射光的情况下记录计数的平均率，并确定信号主要由真实光子引起的最小计数率。 错误检测事件大部分是由热引起的，因此可以通过使用冷却检测器来强烈抑制。 盖革模式：在此模式下，二极管的工作电压略高于击穿阈值 voltage. 因此，单个电子空穴对（由光子吸收或热波动产生）可以引发强烈的雪崩。 增益调整系数：这是增益可以增加的系数。 APD 的饱和度：APD 的光子计数与入射光 CW 功率并不完全成线性比例； 偏差随着光功率的增加而平稳增加。 这种非线性导致高输入功率水平下错误的光子计数。 在一定的输入功率水平下，随着光功率的进一步增加，光子计数甚至开始减少。 每个交付的 SPDMA 都经过适当的饱和行为测试，以类似于此 examp勒。
性能图
典型光子探测效率
脉冲输出信号
方面
安全
任何包含设备的系统的安全性是系统组装者的责任。 本使用说明书中有关操作安全和技术数据的所有声明仅在设备按照设计正确操作时才适用。 SPDMA 不得在有爆炸危险的环境中运行！ 请勿堵塞外壳中的任何通风槽！ 请勿拆下盖子或打开机柜。 内部没有用户可维修的部件！ 该精密设备只有在退回并正确包装到完整的原始包装（包括纸板插入物）中后才能使用。 如有必要，请要求更换包装。 请有资格的人员进行维修！ 未经 Thorlabs 书面同意，不得对该设备进行更改，也不得使用非 Thorlabs 提供的组件。
注意力
在给 SPDMA 通电之前，请确保 3 芯电源线的保护导体正确连接到插座的保护接地触点！ 接地不当可能会导致触电，从而损害您的健康甚至死亡！ 所有模块只能使用适当屏蔽的连接电缆进行操作。
注意力
除非另有说明，以下声明适用于本手册涵盖的产品。 其他产品的声明将出现在相应的随附文档中。
笔记
本设备经过测试，符合 FCC 规则第 15 部分对 B 类数字设备的限制，并满足加拿大数字设备干扰引起设备标准 ICES-003 的所有要求。 这些限制旨在提供合理的保护，防止住宅安装中的有害干扰。 该设备会产生、使用并辐射射频能量，如果不按照说明安装和使用，可能会对无线电通信造成有害干扰。 但是，不能保证特定安装中不会发生干扰。 如果该设备确实对无线电或电视接收造成有害干扰（可以通过关闭和打开设备来确定），我们鼓励用户尝试通过以下一项或多项措施来纠正干扰：
- 重新调整或重新定位接收天线。
- 增加设备与接收器之间的距离。
- 将设备连接到与接收器不同电路的插座上。
- 请咨询经销商或经验丰富的无线电/电视技术人员寻求帮助。
- 如果用户以未经Thorlabs（负责合规性的一方）明确批准的方式更改或修改本手册中描述的产品，则可能会导致用户操作设备的权限失效。
Thorlabs GmbH 对于因修改本设备或更换或连接非 Thorlabs 指定的连接电缆和设备而造成的任何无线电电视干扰不承担任何责任。 由于此类未经授权的修改、替换或附加而造成的干扰的纠正将由用户负责。 将此设备连接到任何和所有可选外围设备或主机设备时，需要使用屏蔽 I/O 电缆。 否则可能会违反 FCC 和 ICES 规则。
注意力
请勿在本设备三米范围内使用移动电话、蜂窝电话或其他无线电发射器，因为电磁场强度可能会超过 IEC 61326-1 规定的最大允许干扰值。 本产品经过测试，符合 IEC 61326-1 对于使用短于 3 米（9.8 英尺）的连接电缆的限制。
认证和合规性
保修单
如需技术支持或销售咨询，请访问我们 https://www.thorlabs.com/locations.cfm 了解我们最新的联系信息。 美国、加拿大和南美Thorlabs 中国 chinasales@thorlabs.com Thorlabs“报废”政策(WEEE) Thorlabs 验证我们是否遵守欧洲共同体的 WEEE（废弃电气和电子设备）指令以及相应的国家法律。 因此，欧盟的所有最终用户都可以将 13 年 2005 月 XNUMX 日之后出售的“报废”附件 I 类电气和电子设备退还给 Thorlabs，而无需支付处置费用。 符合条件的单位标有划掉的“带轮垃圾箱”标志（见右图），已出售给欧共体内的公司或机构且目前由其拥有，并且未被拆解或污染。 请联系 Thorlabs 了解更多信息。 废物处理是您自己的责任。 “报废”设备必须退回 Thorlabs 或交给专门从事废物回收的公司。 请勿将设备丢弃在垃圾箱或公共垃圾处理场。 用户有责任删除设备上存储的所有私人数据
文件/资源
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Thorlabs SPDMA 单光子检测模块 [pdf] 用户手册 SPDMA单光子检测模块，SPDMA，单光子检测模块，光子检测模块，检测模块，模块 |