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TCSPC系统--适用SPAD(APD)测试

  • MT16 是最新一代的高精度时间相关单光子计数系统。集成最新的时间测量芯片技术, MT16 可以实现低至1ps的时间分辨率,同时死时间降低至2ns, 可支持高达500Mcps 的瞬时饱和计数率。此外,除常规的USB3.0接口外, MT16 提供带宽高达10Gbps 的万兆以太网接口(光口),从而实现280M/s的最大时间事件传输率。高精度、高带宽特性,使得MT16 成为高分辨量子光学、荧光寿命和激光雷达成像等应用的绝佳选择。MT16.png


    特 征

    - 1ps时间分辨率                     - 500Mcps瞬时计数率

    - 2ns死时间                            - 光口数据传输




    产品规格和手册

    产品手册:  

    型号高分辨时间相关
    单光子计数系统
    时间相关单光子计数系统多通道时间相关
    单光子计数系统
    MT16FT1010FT1040FT1080MT6420
    通道特性计数通道数1/4/8/161488/16/24/32/40/48/56/64
    同步通道/计数通道接口SMABNCSMASMA
    MARKER信号接口SMALEMOSMA
    参考时钟输入/输出接口SMASMASMA
    输入信号标准-2V~+3V阈值可调-2V~+3 V阈值可调LVTTLLVTTL
    触发方式上升沿/下降沿触发(可调)上升沿/下降沿触发(可调)上升沿触发上升沿触发(<2ns)
    最小触发脉冲宽度0.1 ns>0.1 ns>0.5 ns>0.5 ns
    TDC特性瞬时饱和计数率500  Mcps100 Mcps20 Mcps
    通道饱和计数率



    20 Mcps
    死时间2  ns<10ns<50 ns<50 ns
    同步信号分频
    1/2/4/81/2/4/8
    最大事件传输速率40M Events/s(USB3.0),
    280M Events/s(光口)
    40M Events/s20M Events/s40M Events/s
    可调时间延迟范围-1000.0~+1000.0 ns-1000.0~+1000.0 ns-1000.0~+1000.0 ns
    脉宽测量功能可选配



    GPS时间戳功能可选配



    直方图时间分辨率(ps)1/2/4/../3355443216/32/64/128/256/512/1024/../3355443264/../3355443264
    计数深度2A32



    最大时间通道数16*65536(可配置)



    单元最大计数值
    6553565535
    最大量程1.04μs@1ps  /1.07ms@1024ps  /35s  @33554432ps1.08μs @16 ps/4.2μs@64ps/1.08μs @16 ps
    67.1 μs@1024 ps 2.19 s@33554432 ps2.19 s@33554432 ps67.1 μs@1024 ps 2.19 s@33554432 ps
    时间标签
    (TTTR和ITTR)
    T2模式时间分辨率(ps)1



    T3模式时间分辨率(ps1/2/4/./33554432



    ITTR模式最小统计周期(us)1



    模式选择T2/T3/ITTRT2/T3T2/T3
    时间分辨率(ps)1166464
    TTTR数据缓存深度32G bit

    最大量程Unlimited@T2/1.09     s@T3/Unlimited@ITTRUnlimited@T2
    1.09 μs@T3
    Unlimited@T2
    1.09 μs@T3
    其他数据接口USB3.0/光口USB3.0USB3.0
    机壳尺寸186  x  325x64 mm³300×235×115 mm³300×235×115 mm³
    电源接入110~240 VAC110~230 VAC110~230 VAC


  • FT10X0 是一款高精度时间测量系统,可对信号事件的相对时间进行精确测量,并且支持时间标签模式,可以实时记录探测信号的时间信息,用于激光测距、量子光学、生物荧光、材料检测等多个领域。FT10X0.png


    特 征

    直方图模式                    - 时间标签

    - 光子关联模式                 - 强度检测


    产品规格和手册

    产品手册:  

    型号高分辨时间相关
    单光子计数系统
    时间相关单光子计数系统多通道时间相关
    单光子计数系统
    MT16FT1010FT1040FT1080MT6420
    通道特性计数通道数1/4/8/161488/16/24/32/40/48/56/64
    同步通道/计数通道接口SMABNCSMASMA
    MARKER信号接口SMALEMOSMA
    参考时钟输入/输出接口SMASMASMA
    输入信号标准-2V~+3V阈值可调-2V~+3 V阈值可调LVTTLLVTTL
    触发方式上升沿/下降沿触发(可调)上升沿/下降沿触发(可调)上升沿触发上升沿触发(<2ns)
    最小触发脉冲宽度0.1 ns>0.1 ns>0.5 ns>0.5 ns
    TDC特性瞬时饱和计数率500  Mcps100 Mcps20 Mcps
    通道饱和计数率



    20 Mcps
    死时间2  ns<10ns<50 ns<50 ns
    同步信号分频
    1/2/4/81/2/4/8
    最大事件传输速率40M Events/s(USB3.0),
    280M Events/s(光口)
    40M Events/s20M Events/s40M Events/s
    可调时间延迟范围-1000.0~+1000.0 ns-1000.0~+1000.0 ns-1000.0~+1000.0 ns
    脉宽测量功能可选配



    GPS时间戳功能可选配



    直方图时间分辨率(ps)1/2/4/../3355443216/32/64/128/256/512/1024/../3355443264/../3355443264
    计数深度2A32



    最大时间通道数16*65536(可配置)



    单元最大计数值
    6553565535
    最大量程1.04μs@1ps  /1.07ms@1024ps  /35s  @33554432ps1.08μs @16 ps/4.2μs@64ps/1.08μs @16 ps
    67.1 μs@1024 ps 2.19 s@33554432 ps2.19 s@33554432 ps67.1 μs@1024 ps 2.19 s@33554432 ps
    时间标签
    (TTTR和ITTR)
    T2模式时间分辨率(ps)1



    T3模式时间分辨率(ps1/2/4/./33554432



    ITTR模式最小统计周期(us)1



    模式选择T2/T3/ITTRT2/T3T2/T3
    时间分辨率(ps)1166464
    TTTR数据缓存深度32G bit

    最大量程Unlimited@T2/1.09     s@T3/Unlimited@ITTRUnlimited@T2
    1.09 μs@T3
    Unlimited@T2
    1.09 μs@T3
    其他数据接口USB3.0/光口USB3.0USB3.0
    机壳尺寸186  x  325x64 mm³300×235×115 mm³300×235×115 mm³
    电源接入110~240 VAC110~230 VAC110~230 VAC



  • MT6420 创新性的采用了高集成度多通道板卡设计,用户可根据不同的实验设计灵活选择通道数,最高可支持64通道,从而可以实现在同一个参考时钟下对64个输入信号进行并行的时间间隔测量。MT6420.png


    特 征

    插卡式设计                    

    - 光子关联模式   

    - 卓越的通道性能              


    产品规格和手册

    产品手册:  

    型号高分辨时间相关
    单光子计数系统
    时间相关单光子计数系统多通道时间相关
    单光子计数系统
    MT16FT1010FT1040FT1080MT6420
    通道特性计数通道数1/4/8/161488/16/24/32/40/48/56/64
    同步通道/计数通道接口SMABNCSMASMA
    MARKER信号接口SMALEMOSMA
    参考时钟输入/输出接口SMASMASMA
    输入信号标准-2V~+3V阈值可调-2V~+3 V阈值可调LVTTLLVTTL
    触发方式上升沿/下降沿触发(可调)上升沿/下降沿触发(可调)上升沿触发上升沿触发(<2ns)
    最小触发脉冲宽度0.1 ns>0.1 ns>0.5 ns>0.5 ns
    TDC特性瞬时饱和计数率500  Mcps100 Mcps20 Mcps
    通道饱和计数率



    20 Mcps
    死时间2  ns<10ns<50 ns<50 ns
    同步信号分频
    1/2/4/81/2/4/8
    最大事件传输速率40M Events/s(USB3.0),
    280M Events/s(光口)
    40M Events/s20M Events/s40M Events/s
    可调时间延迟范围-1000.0~+1000.0 ns-1000.0~+1000.0 ns-1000.0~+1000.0 ns
    脉宽测量功能可选配



    GPS时间戳功能可选配



    直方图时间分辨率(ps)1/2/4/../3355443216/32/64/128/256/512/1024/../3355443264/../3355443264
    计数深度2A32



    最大时间通道数16*65536(可配置)



    单元最大计数值
    6553565535
    最大量程1.04μs@1ps  /1.07ms@1024ps  /35s  @33554432ps1.08μs @16 ps/4.2μs@64ps/1.08μs @16 ps
    67.1 μs@1024 ps 2.19 s@33554432 ps2.19 s@33554432 ps67.1 μs@1024 ps 2.19 s@33554432 ps
    时间标签
    (TTTR和ITTR)
    T2模式时间分辨率(ps)1



    T3模式时间分辨率(ps1/2/4/./33554432



    ITTR模式最小统计周期(us)1



    模式选择T2/T3/ITTRT2/T3T2/T3
    时间分辨率(ps)1166464
    TTTR数据缓存深度32G bit

    最大量程Unlimited@T2/1.09     s@T3/Unlimited@ITTRUnlimited@T2
    1.09 μs@T3
    Unlimited@T2
    1.09 μs@T3
    其他数据接口USB3.0/光口USB3.0USB3.0
    机壳尺寸186  x  325x64 mm³300×235×115 mm³300×235×115 mm³
    电源接入110~240 VAC110~230 VAC110~230 VAC




  • 用于SPAD(APD)测试解决方案的TCSPC系统

    本文档用于描述使用TCSPC技术进行单光子雪崩二极管(SPAD)或雪崩光电二极管(APD)测试的基本原理和SIMTRUM的解决方案

    有关了解更多TCSPC技术点此处


    内容索引

    ● SPAD(APD)测试目标和原理

    ● 裸芯片SPAD(APD)的TCSPC测试解决方案

    ● 用于封装SPAD(APD)TO46或T08的TCSPC测试解决方案

    产品手册:


    一键传送SPD

    SPAD(APD)测试目标和原理

    该测试系统适用于SPAD的盖革工作模式,采用门控淬灭技术、准单光子源和计数原理,可测量SPAD的雪崩电压值Va、暗计数率DCR、单光子探测效率SPDE,经过脉冲概率Pa和时间抖动TJ,可作为SPAD(APD)量产测试平台和SPAD(APD)性能测试平台。


    测试系统的测试目标和基本原理简要描述如下:

    1)SPAD的单光子探测效率(SPDE):根据给定激光器每个脉冲μ的平均光子数(一般为μ=0.1),测量SPAD Pd的每个门控脉冲产生的暗计数概率,以及每个光脉冲Pe产生相关计数的概率,则单光子探测效率SPDE可以计算为:


    一般暗计数概率Pd远小于1,当μ=0.1时,光脉冲相关计数概率Pe也远小于1,则SPAD可以近似为:

    2)SPAD的归一化暗计数率DCR:由于SPAD在具有一定栅极宽度τ的门控模式下工作,为了均匀性,SPD Pd的暗计数率,即每个栅极脉冲产生的暗计数概率,转换为SPAD盖革模式下的暗计数率,即 归一化暗计数率 Rd

    3)SPAD后的脉冲概率P a:该参数一般需要指定门控工作频率,它表征在特定门控工作频率下SPAD内部缺陷捕获和释放光电子引起的有效光子入射引起的后续雪崩脉冲的总概率[1]。设单位时间内SPD的总计数为Rs,单位时间内的暗计数为Rd,与光子到达时间相关的单位时间计数为Re,如果栅极频率为Fg,入射光子脉冲频率为Fp,则脉冲后概率Pa计算如下:

    4)SPAD时间抖动:雪崩信号相对于光脉冲同步信号的输出抖动可以在门控模式下测量。该参数表示SPAD单光子雪崩弛豫时间的波动。通常,使用时间相关的单光子计数器来计算有效的雪崩信号。FWHM的时间直方图t抖动,FWHM或采用高带宽示波器来计算有效雪t抖动,有效值为雪崩信号相对于光脉冲同步信号的时间偏移量。对于近高斯分布的时间抖动,一般有:


    裸芯SPAD(APD)的TCSPC测试解决方案


    自由空间熊芯片SPAD TCSPC测试系统

    它由皮秒脉冲激光仪器QLD-301自由空间光学设置,用于门控制的数字延迟脉冲发生器,用于70K冷却的低温台系统,光功率计,参考SPD和一组TCSPC主时钟组成



    光纤载毛芯片SPAD TCSPC测试系统

    它由皮秒脉冲激光仪器QLD-301,光纤设置,用于门控制的数字延迟脉冲发生器,用于70K冷却的定制光纤低温台系统,光功率计,参考SPD和一组TCSPC主时钟组成。

    QLD-301 皮秒脉冲激光器包括:

    ● 信号发生器模块(时钟源分配):可接收外部参考时钟或使用内部时钟源产生同步激光脉冲触发时钟和APD门控时钟,相对延迟可调。一般来说,APD门控时钟的频率是激光触发时钟的整数倍,系统提供2倍、5倍、10倍、20倍、50倍、100倍的选项;

    ● 皮秒脉冲激光器(Pulsed Laser):可产生与触发时钟同步的相同频率的激光脉冲,脉冲宽度小于50ps,消光比大于40dB。此外,它产生的激光同步时钟用作计数模块的输入信号;

    ● 光功率监测衰减控制模块(ATT):通过高灵敏度光功率监测,控制激光脉冲的衰减,使其衰减到单光子的水平,保证脉冲功率的稳定性。


    主时钟

    ● 4通道输入和4通道输出,通道号可定制,高分辨率高达13ps的bin宽度,每通道时序抖动5.7ps。

    ● 最大输入电压范围 -3 至 3V(可定制)


    高压脉冲发生器

    ● 4路脉冲输出和8路延时输出,均方根抖动小于25ps,触发速率高达10MHz。

    ● 高达10V的高压触发信号,这对于SPAD测试设备非常重要。

    ● 升降时间高达 55ps。


    参考防雷器检测器

    ● 波长覆盖范围 900 - 1700nm(可根据不同应用更改为可见光范围)

    ● 定时分辨率 150ps 暗计数率 3Khz 时为 20%,1us 至 100us 可调死区时间


    带低温载物台的自由空间近红外光学系统

    ● 测试样品上的 UM 级激光光斑尺寸,带有同轴 NIR 视觉系统,用于光学对准

    ● 2个调节探针臂进行电子信号测试,低温台温度可达-77K(LN2)



    用于70K冷却的定制光纤低温台系统 

    ● 定制的光纤插入测试室,具有85度的光输出角度。

    ● 用于光纤对准的顶视图和侧视图可见变焦视觉系统。

    ● 2个调节探针臂进行电子信号测试,低温台温度可达-77K(LN2)。



    性能

    具体性能指标参数如下表所示。

    参数规范备注
    激光 QLD-301-1550
    激光重复率1MHz~1.25GHz对于SPAD测试系统,推荐的激光脉冲频率范围为1MHz~100MHz,内部触发
    最小脉冲宽度< 50ps, FWHM
    时间抖动< 20ps,有效值相对于同步输出进行测量