Thorlabs SPDMA 單光子偵測模組
產品資訊
- 產品名稱： 單光子偵測器 SPDMA
- 製造商： Thorlabs 有限公司
- 版本： 1.0
- 日期： 08 年 2021 月 XNUMX 日
一般資訊
Thorlabs 的 SPDMA 單光子偵測器專為光學測量技術而設計。 它採用專門用於 350 至 1100 nm 波長範圍的冷卻矽雪崩光電二極管，在 600 nm 處具有最大靈敏度。 偵測器將入射光子轉換為 TTL 脈衝訊號，該訊號可 view在示波器上編輯或透過 SMA 連接連接到外部計數器。 SPDMA 具有整合式熱電冷卻器 (TEC) 元件，可穩定二極體的溫度，降低暗計數率。 這樣可以實現高光子偵測效率，並且能夠偵測低至 fW 的功率等級。 此二極體還整合了主動猝滅電路，可實現高計數率。 可以使用增益調節螺絲優化輸出訊號。
偵測器可以使用 TTL 觸發輸入訊號進行外部觸發，以選擇偵測單光子的時間範圍。 直徑 500 毫米的二極體具有相對較大的有效區域，使光學對準變得更加容易。 二極體在出廠時已與輸入孔徑同心對齊，確保高品質的性能。 SPDMA 與 Thorlabs 1” 透鏡套管和 Thorlabs 30 mm 籠式系統相容，可靈活整合到光學系統中。 它可以使用 8-32 和 M4 組合螺紋安裝孔安裝在公製或英制系統中。 該產品包括一個 SM1T1 SM1 連接器，可將外螺紋適配為內螺紋，以及一個 SM1RR 扣環和一個可重複使用的保護性塑膠蓋。
產品使用說明
安裝
- 確定適合您的設定的安裝系統（公製或英制）。
- 將 SPDMA 與所選系統的安裝孔對齊。
- 使用合適的螺絲或螺栓牢固地固定 SPDMA。
設定
- 根據提供的規格將 SPDMA 連接到電源。
- 如果需要，將示波器或外部計數器連接到 SMA 連接以監控輸出脈衝訊號。
- 如果使用外部觸發器，請將 TTL 觸發器輸入訊號連接到 SPDMA 上的對應輸入連接埠。
- 讓熱電冷卻器 (TEC) 元件有足夠的時間達到其工作溫度，以確保二極體的溫度穩定。
- 使用增益調整螺絲執行任何必要的增益調整，以優化輸出訊號。
工作原理
SPDMA 的工作原理是使用冷卻矽雪崩光電二極體將傳入光子轉換為 TTL 脈衝訊號。 整合到二極體中的主動猝滅電路可實現高計數率。 TTL觸發IN訊號可用於外部觸發特定時間範圍內的單光子偵測。
筆記：請務必參閱 Thorlabs GmbH 提供的使用手冊和安全說明，以了解有關故障排除、技術數據、性能圖、尺寸、安全預防措施、認證和合規性、保固以及製造商聯絡方式的詳細資訊。
我們的目標是為您在光學測量技術領域的應用開發和生產最佳解決方案。 為了幫助我們不辜負您的期望並不斷改進我們的產品，我們需要您的想法和建議。 我們和我們的國際合作夥伴期待您的來信。
警告
標有此符號的部分解釋了可能導致人身傷害或死亡的危險。 在執行指示的程序之前，請務必仔細閱讀相關信息
注意力
該符號前面的段落解釋了可能損壞儀器和連接設備或可能導致資料遺失的危險。 本手冊也包含以此形式書寫的「註釋」和「提示」。 請仔細閱讀此建議！
一般資訊
Thorlabs的SPDMA單光子偵測器使用冷卻矽雪崩光電二極體，專門用於350至1100 nm的波長範圍，最大靈敏度為600 nm。 入射光子在偵測器中轉換為 TTL 脈衝。 SMA 連接提供來自模組的直接輸出脈衝訊號 view在示波器上編輯或連接到外部計數器。 整合式熱電冷卻器 (TEC) 元件可穩定二極體的溫度，從而降低暗計數率。 低暗計數率和高光子偵測效率可偵測低至 fW 的功率等級。 整合到 SPDMA 二極體中的主動猝滅電路可實現高計數率。 透過使用增益調節螺絲連續調節，可以進一步優化輸出訊號。 使用 TTL 觸發輸入訊號，可以外部觸發 SPDMA 以選擇偵測單光子的時間範圍。 直徑為 500 mm 的二極體具有相對較大的主動區域，從而簡化了光學對準。 二極體在工廠主動對準，與輸入孔徑同心，這增加了該設備的高品質。 為了靈活整合到光學系統中，SPDMA 可容納任何 Thorlabs 1” 透鏡套管以及 Thorlabs 30 mm 籠式系統。 由於具有 8-32 和 M4 組合螺紋安裝孔，SPDMA 可以安裝在公製或英制系統中。 該產品包括一個 SM1T1 SM1 連接器，可將外螺紋適配為內螺紋，並固定 SM1RR 扣環和可重複使用的保護性塑膠蓋。 另一個優點tage 是 SPDMA 不會被不必要的環境光損壞，這對於許多光電倍增管至關重要。
注意力
請在附錄的“安全”一章中找到有關本產品的所有安全信息和警告。
訂購代碼和附件
SPDMA 單光子偵測器，350 nm – 1100 nm，有效區域直徑 0.5 mm，組合螺紋安裝孔，相容於 8-32 和 M4 螺紋
隨附配件
- 電源（±12V，0.3A/5V，2.5A）
- 隨附的 SM1T2 SM1 耦合器上的塑膠蓋帽（項目編號 SM1EC1B），帶有 SM1RR SM1 扣環。
可選配件
- 所有Thorlabs內部或外部SM1（1.035吋-40）螺紋配件均與SPDMA相容。
- 30 毫米籠式系統可安裝在 SPDMA 上。
- 請訪問我們的主頁 http://www.thorlabs.com 有關各種配件，如光纖適配器、接線柱和接線柱支架、數據表以及更多資訊。
入門
零件清單
請檢查運輸容器是否有損壞。 請不要切開紙板，因為盒子可能需要用於存放或退貨。 如果運輸容器似乎已損壞，請保留它，直到檢查了內容的完整性並測試了 SPDMA 的機械和電氣性能。 確認您已收到包裹中的以下物品：
SPDMA單光子偵測器
帶有 SM1RR-SM2 的 SM1T1-SM1 耦合器上的塑膠蓋帽（項目編號 SM1EC1B）
扣環
電源供應器（±12V、0.3 A / 5 V、2.5 A），附電源線、連接器（依訂購國家/地區而定）
快速參考
操作說明
操作元件
安裝
將 SPDMA 安裝在光學平台上 使用裝置左側、右側和底部的三個螺紋安裝孔之一將 SPDMA 安裝在光學柱上。 組合螺紋螺紋孔可接受 8-32 和 M4 螺紋，因此可以使用英製或公制 TR 柱。
安裝外部光學元件
客戶系統可以使用 SM1 外螺紋或 4 毫米籠式系統的 40-30 個安裝孔進行連接和對齊。 這些位置在操作元件部分中指示。 外部 SM1 螺紋可容納 Thorlabs 的 SM1 螺紋 (1.035"- 40) 適配器，該適配器與任意數量的 Thorlabs 1" 螺紋配件相容，例如外部光學元件、濾光片、光圈、光纖適配器或透鏡套管。 SPDMA 隨附一個 SM1T1 SM1 耦合器，可將外螺紋適配為 SM1 內螺紋。 耦合器中的固定環固定保護蓋。 如果需要，請旋下耦合器。 如需配件，請造訪我們的 web網站或聯絡 Thorlabs。
設定
安裝 SPDMA 後，如下設定偵測器：
- 使用隨附的電源為 SPDMA 供電。
- 使用儀器側面的切換按鈕開啟 SPDMA。
- 推開狀態 LED 的蓋子即可查看狀態：
- 紅色：連接電源後，LED 最初會呈現紅色，以指示此連接以及需要等待偵測器達到工作溫度。
- 幾秒鐘內，二極體冷卻下來，狀態 LED 將變為綠色。 當二極體溫度過高時，狀態 LED 將返回紅色。 如果 LED 為紅色，則沒有訊號傳送到脈衝輸出。
- 綠色：檢測器已準備好運作。 二極體處於工作溫度且訊號到達脈衝輸出。
筆記
當工作溫度過高時，狀態 LED 將變成紅色。 請確保足夠的空氣流通。 將蓋子推回到狀態 LED 前面，以防止 LED 燈幹擾測量。 為了提高光子偵測效率，請用一字螺絲起子（1.8 至 2.4 毫米，0.07 英吋至 3/32 英吋）轉動增益調整螺絲。 有關增益的更多信息，請參閱“工作原理”一章。 當低暗計數率至關重要時，請使用最小增益。 這是以低光子偵測效率為代價的。 當需要收集最大數量的光子時，請使用最大增益。 這是以更高的暗計數率為代價的。 由於光子偵測和訊號輸出之間的時間會隨增益設定而變化，因此變更增益設定後請重新評估此參數。
筆記
“觸發輸入”和“脈衝輸出”的阻抗為 50 W。 確保觸發脈衝源能夠在 50 W 負載下工作，並且連接到「Pulse Out」的裝置在 50 W 輸入阻抗下工作。
工作原理
Thorlabs SPDMA 使用矽雪崩光電二極體 (Si APD)，以相反方向運行，偏壓略高於擊穿閾值 voltage VBR（見下圖，A點），也稱為雪崩體積tage. 這種工作模式也稱為「蓋革模式」。 蓋革模式下的 APD 將保持亞穩態，直到光子到達並在 PD 的結中產生自由載子。 這些自由電荷載子會觸發雪崩（B 點），產生大量電流。 整合到 APD 中的主動猝滅電路限制通過 APD 的電流以避免損壞並降低偏壓tage 低於擊穿體積tag光子釋放雪崩後立即 e VBR（C 點）。 這可實現高計數率，並在最大增益下計數到指定死區時間之間有死區時間。 之後，偏壓tage 恢復。
在猝滅時間（即二極體的死區時間）期間，APD 對任何其他傳入光子不敏感。 當二極體處於亞穩態時，可能會自發性觸發雪崩。 如果這些自發性雪崩隨機發生，則稱為暗計數。 整合的 TEC 元件可將二極體的溫度穩定在環境溫度以下，以降低暗計數率。 這樣就不需要風扇並避免機械振動。 如果自發性觸發的雪崩在時間上與光子引起的脈衝相關，則稱為後脈衝。
筆記
由於 APD 特性，並非所有單光子都可以被偵測到。 原因是 APD 在淬火期間固有的死區時間和 LAPD 的非線性。
增益調整
使用增益調節螺絲，過壓tage 超出擊穿體積tage可以調整為SPDMA。 這不僅提高了光子偵測效率，也提高了暗計數率。 請注意，增益設定越高，後脈衝的機率會略有上升，調整增益也會影響光子偵測和訊號輸出之間的時間。 死區時間隨著增益的減少而增加。
框圖和觸發輸入
入射光子產生的電流脈衝通過脈衝整形電路，從而縮短 APD 的輸出 TTL 脈衝持續時間。 在「脈衝輸出」端子上，施加來自脈衝整形器的訊號，以便可以進行計數 view在示波器上編輯或透過外部計數器記錄。 在沒有觸發器的情況下，閘關閉並允許訊號輸出。 增益改變偏置（overvoltage) 在 APD 上。 偏壓透過主動淬火元件進行物理引導，但不會影響主動淬火。
TTL 觸發
TTL 觸發器允許選擇性啟動脈衝輸出：在高觸發輸入（技術資料中指定）時，訊號到達脈衝輸出。 當沒有外部 TTL 訊號用作觸發時，這是預設值。每當使用 TTL 觸發輸入訊號時，預設 TTL 輸入需要為「低」。 來自光子偵測的訊號被傳送到脈衝輸出作為觸發輸入音量tage 切換至「高」。 高訊號和低訊號在技術資料部分中指定。
筆記
“觸發輸入”和“脈衝輸出”的阻抗為 50 W。 確保觸發脈衝源能夠在 50 W 負載下工作，並且連接到「Pulse Out」的裝置在 50 W 輸入阻抗下工作。
維護與服務
保護 SPDMA 免受惡劣天氣條件的影響。 SPDMA 不防水。
注意力
為避免損壞儀器，請勿將其暴露於噴霧、液體或溶劑中！ 該裝置不需要使用者定期維護。 它不包含任何可由使用者修復的模組和/或組件。 如果發生故障，請聯絡 Thorlabs 以取得退貨說明。 請勿取下蓋子！
故障排除
APD 溫度過高 溫度控制電路辨識出 APD 的實際溫度超過了設定值。 在正常操作條件下，即使經過長期操作，也不會發生這種情況。 然而，超過指定工作溫度範圍的限製或偵測器上的熱輻射過多可能會導致過熱警報。 狀態 LED 將變為紅色表示過熱。 確保設備周圍有足夠的氣流或提供外部被動冷卻
附錄
科技數據
所有技術數據均在 45 ± 15% rel 下有效。 濕度（非冷凝）。
| 物品 ＃ | SPDMA |
| 探測器 | |
| 探測器類型 | 矽APD |
| 波長範圍 | 350 奈米 – 1100 奈米 |
| 有效探測器區域直徑 | 500米 |
| 增益最大時的典型光子偵測效率 (PDE) | 58%（@ 500 奈米）
66%（@ 650 奈米） 43%（@ 820 奈米） |
| 增益調整係數（典型值） | 4 |
| 計數率@增益最大。 最小
典型值 |
>10兆赫 20兆赫 |
| 暗計數率@增益最小值@增益最大值 |
< 75 Hz（典型值）； < 400 赫茲（最大） < 300 Hz（典型值）； < 1500 赫茲（最大） |
| 死區時間@最大增益 | < 35 奈秒 |
| 50 Ω 負載時的輸出脈衝寬度 | 10 奈秒（最小值）； 15 奈秒（典型值）； 20 奈秒（最大值） |
| 輸出脈衝 Amp緯度 @ 50 Ω 負載 TTL 高
TTL低電平 |
3.5伏0伏 |
| 觸發輸入 TTL 信號 1
低（收盤） 高（開盤） |
<0.8V > 2伏 |
| 後脈衝機率@增益最小。 | 1%（典型值） |
| 一般的 | |
| 電源 | ±12V，0.3A/5V，2.5A |
| 工作溫度範圍 2 | 0至35℃ |
| APD 工作溫度 | -20℃ |
| APD 溫度穩定性 | < 0.01K |
| 儲存溫度範圍 | -40℃至70℃ |
| 尺寸（寬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 |
- 沒有 TTL 訊號時的預設電壓為 > 2 V，允許訊號輸出脈衝。 偵測器行為未定義在 0.8 V 和 2 V 之間。
- 非冷凝
定義
當快速鑑別器感測到由光子釋放的雪崩電流的陡峭開始並快速降低偏壓時，就會發生主動猝滅tage 使其暫時低於擊穿電壓。 然後偏壓返回到擊穿電壓以上的值tage 為偵測下一個光子做準備。 後脈衝：在雪崩期間，一些電荷可能被捕獲在高場區域內。 當這些電荷釋放時，可能會引發雪崩。 這些虛假事件稱為後脈衝。 這些被捕獲電荷的壽命約為 0.1 μs 至 1 μs。 因此，後脈衝很可能直接發生在訊號脈衝之後。
死區時間是偵測器處於恢復狀態的時間間隔。 在此期間，它實際上對傳入光子視而不見。 暗計數率：這是在沒有任何入射光的情況下記錄計數的平均率，並確定訊號主要由真實光子引起的最小計數率。 錯誤檢測事件大部分是由熱引起的，因此可以透過使用冷卻檢測器來強烈抑制。 蓋革模式：在此模式下，二極體的工作電壓略高於擊穿閾值 voltage. 因此，單一電子電洞對（由光子吸收或熱波動產生）可以引發強烈的雪崩。 增益調整係數：這是增益可以增加的係數。 APD 的飽和度：APD 的光子計數與入射光 CW 功率並不完全成線性比例； 偏差隨著光功率的增加而平穩增加。 這種非線性導致高輸入功率等級下錯誤的光子計數。 在一定的輸入功率等級下，隨著光功率的進一步增加，光子計數甚至開始減少。 每個交付的 SPDMA 都經過適當的飽和行為測試，以類似於此 examp勒。
性能圖
典型光子偵測效率
脈衝輸出訊號
方面
安全
任何包含設備的系統的安全性是系統組裝者的責任。 本使用說明書中有關操作安全和技術資料的所有聲明僅在設備按照設計正確操作時才適用。 SPDMA 不得在有爆炸危險的環境中運作！ 請勿堵塞外殼中的任何通風槽！ 請勿拆下蓋子或打開機櫃。 內部沒有使用者可維修的零件！ 此精密設備只有在退回並正確包裝到完整的原始包裝（包括紙板插入物）後才能使用。 如有必要，請要求更換包裝。 請有資格的人員進行維修！ 未經 Thorlabs 書面同意，不得對該設備進行更改，也不得使用非 Thorlabs 提供的組件。
注意力
在 SPDMA 通電之前，請確保 3 芯電源線的保護導體正確連接到插座的保護接地觸點！ 接地不當可能會導致觸電，從而損害您的健康甚至死亡！ 所有模組只能使用適當屏蔽的連接電纜進行操作。
注意力
除非另有說明，以下聲明適用於本手冊涵蓋的產品。 其他產品的聲明將出現在相應的隨附文件中。
筆記
本設備經過測試，符合 FCC 規則第 15 部分對 B 類數位裝置的限制，並符合加拿大數位裝置幹擾造成裝置標準 ICES-003 的所有要求。 這些限制旨在提供合理的保護，防止住宅安裝中的有害幹擾。 該設備會產生、使用並輻射射頻能量，如果不按照說明安裝和使用，可能會對無線電通訊造成有害幹擾。 但是，不能保證在特定安裝中不會發生幹擾。 如果該設備確實對無線電或電視接收造成有害幹擾（可以透過關閉和開啟設備來確定），我們鼓勵使用者嘗試透過以下一項或多項措施來糾正幹擾：
- 重新調整接收天線的方向或位置。
- 增加設備和接收器之間的距離。
- 將設備連接至與接收器所連接電路不同的電路插座。
- 請諮詢經銷商或經驗豐富的廣播/電視技術人員尋求協助。
- 如果使用者以未經Thorlabs（合規負責方）明確批准的方式更改或修改本手冊中所述的產品，則可能會導致使用者操作設備的權限失效。
Thorlabs GmbH 對於因修改本設備或更換或連接非 Thorlabs 指定的連接電纜和設備而造成的任何無線電電視幹擾不承擔任何責任。 由於此類未經授權的修改、替換或附加而造成的干擾的糾正將由使用者負責。 將此設備連接到任何和所有選用週邊設備或主機設備時，需要使用屏蔽 I/O 電纜。 否則可能會違反 FCC 和 ICES 規則。
注意力
請勿在本設備三公尺範圍內使用行動電話、蜂巢式電話或其他無線電發射器，因為電磁場強度可能會超過 IEC 61326-1 規定的最大允許幹擾值。 本產品經過測試，符合 IEC 61326-1 對於使用短於 3 公尺（9.8 英尺）的連接電纜的限制。
認證和合規
保固單
如需技術支持或銷售諮詢，請訪問我們 https://www.thorlabs.com/locations.cfm 了解我們最新的聯絡資訊。 美國、加拿大和南美Thorlabs 中國 chinasales@thorlabs.com Thorlabs「報廢」政策(WEEE) Thorlabs 驗證我們是否遵守歐洲共同體的 WEEE（廢棄電氣和電子設備）指令以及相應的國家法律。 因此，歐盟的所有最終用戶都可以將 13 年 2005 月 XNUMX 日之後出售的「報廢」附件 I 類電氣和電子設備退還給 Thorlabs，而無需支付處置費用。 符合資格的單位標有劃掉的「帶輪垃圾箱」標誌（見右圖），已出售給歐共體內的公司或機構且目前由其擁有，並且未被拆解或污染。 請聯絡 Thorlabs 以了解更多資訊。 廢棄物處理是您自己的責任。 「報廢」設備必須退回 Thorlabs 或交給專門從事廢棄物回收的公司。 請勿將本設備丟棄在垃圾箱或公共垃圾處理場。 用戶有責任刪除設備上儲存的所有私人數據
文件/資源
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Thorlabs SPDMA 單光子偵測模組 [pdf] 使用者手冊 SPDMA單光子偵測模組，SPDMA，單光子偵測模組，光子偵測模組，偵測模組，模組 |