Black-Silicon-Photoreceiver

Wählen Sie das LCA-S-400K-BSI für schwache Signale innerhalb einer Bandbreite von 400 kHz und das HCA-S-20M-BSI, wenn eine Ansprechzeit von 18 ns oder eine Bandbreite bis 20 MHz erforderlich ist. Das LCA-Modell bietet eine Verstärkung von 1 × 10⁷ V/A und einen NEP von 110 fW/√Hz, verglichen mit 1 × 10⁵ V/A und 3,3 pW/√Hz beim HCA-Modell. Das HCA-Modell verarbeitet bei 1010 nm bis zu 22 µW und bleibt dabei innerhalb seines angegebenen linearen Verstärkungsbereichs, während die Grenze beim LCA bei 1,37 µW liegt. Die Auswahl sollte daher von der erwarteten Modulationsfrequenz, der optischen Leistung und dem erforderlichen Signal-Rausch-Verhältnis ausgehen. Das LCA-Modell bietet zudem eine größere aktive Fläche von 2 × 2 mm, wenn eine höhere Toleranz bei der optischen Ausrichtung wichtig ist.

Ja, beide Modelle decken Wellenlängen von 200 bis 1100 nm ab, sodass ein einzelner Empfänger für Messungen im UV-, sichtbaren und nahinfraroten Bereich eingesetzt werden kann. Die Quanteneffizienz beträgt von 240 bis 1000 nm etwa 90 %, während die maximale Empfindlichkeit bei 1010 nm mit 0,73 A/W angegeben ist. Die Responsivität in Ampere pro Watt variiert jedoch weiterhin mit der Wellenlänge, sodass dieselbe optische Leistung nicht zwangsläufig über den gesamten Bereich denselben Photostrom erzeugt. Deshalb sollte bei der Messung absoluter optischer Leistung oder spektraler Intensität eine wellenlängenspezifische Kalibrierung angewendet werden. Der erweiterte Spektralbereich kann den Bedarf verringern, zwischen benachbarten Wellenlängenbereichen Detektoren zu wechseln.

Die beiden Empfänger erfordern unterschiedliche Ausgangslasten, daher muss das angeschlossene Instrument für das gewählte Modell entsprechend konfiguriert werden. Obwohl der LCA-S-400K-BSI eine Ausgangsimpedanz von 50 Ω hat, ist er für eine hochohmige Last von mindestens 100 kΩ ausgelegt und liefert unter dieser Bedingung einen Ausgangsbereich von −3 bis +10 V. Der HCA-S-20M-BSI muss mit 50 Ω abgeschlossen werden und liefert für den linearen Betrieb ±1,5 V, bei einem angegebenen Maximum von ±2 V. Ein falscher Abschluss kann die ausgegebene Amplitude verändern und die angegebenen Betriebsbedingungen ungültig machen. Ein kurzes, gut abgeschirmtes HF-Kabel kann helfen, elektromagnetische Störungen zwischen dem Empfänger und einem Oszilloskop, Wandler oder Lock-in-Verstärker zu begrenzen.

Beide Varianten verwenden einen Freistrahlflansch mit 1.035″-40-Gewinde und einen innengewindeten Kopplungsring mit einem Außendurchmesser von 30 mm. Diese Ausführung nimmt kompatible Linsen, Tuben, Käfigsystem-Komponenten und anderes optisches Zubehör mit Gewinde auf. Der LCA-S-400K-BSI kann mit PRA-FC-, PRA-FCA- und PRA-FSMA-Adaptern verwendet werden, während für den HCA-S-20M-BSI optional ebenfalls eine FC- und FSMA-Konvertierung verfügbar ist. Durch seinen 2 × 2 mm Detektor bietet das LCA-Modell mehr Toleranz bei der Strahlpositionierung als die aktive Fläche von 1 × 1 mm des HCA-Modells. Gewindebohrungen in M4 und UNC 8-32 ermöglichen die Montage beider Empfänger auf metrischen oder zölligen Standard-Optikstäben.

Der optische Sättigungswert definiert den ungefähren oberen Eingangspegel für lineare Verstärkung, während der absolute Maximalwert eine Schadensgrenze und kein nutzbarer Messbereich ist. Bei 1010 nm hat der LCA-S-400K-BSI eine lineare Sättigungsleistung von 1,37 µW und einen absoluten maximalen CW-Eingang von 10 mW. Der HCA-S-20M-BSI bleibt bei 1010 nm bis 22 µW linear, mit einem absoluten Maximalwert von 80 mW/mm². Die HCA-Grenze wird als optische Leistungsdichte angegeben, daher müssen Strahlfläche und lokale Intensität berücksichtigt werden, nicht nur die Gesamtleistung. Eine optische Dämpfung sollte immer dann vorgesehen werden, wenn sich das erwartete Signal der linearen Sättigungsgrenze nähern könnte oder unvorhersehbar schwankt.

NEP ist eine auf den Eingang bezogene spektrale Rauschleistungsdichte und muss zusammen mit der effektiven Messbandbreite bewertet werden. Für den LCA-S-400K-BSI sind 110 fW/√Hz bei 1010 nm und 10 kHz angegeben, für den HCA-S-20M-BSI 3,3 pW/√Hz bei 1010 nm und 1 MHz. Als Abschätzung erster Ordnung skaliert das RMS-Eingangsrauschen mit dem NEP multipliziert mit der Quadratwurzel der äquivalenten Rauschbandbreite, wobei das tatsächliche Ergebnis von der Filterung und dem vollständigen Rauschspektrum abhängt. Die beiden Werte wurden bei unterschiedlichen Frequenzen gemessen und sollten nicht als gesamtes integriertes Rauschen über die vollständige Bandbreite des jeweiligen Empfängers interpretiert werden. Bei der Auswahl des Empfängers sollten daher die vorgesehene Filterbandbreite, die Modulationsfrequenz, die optische Signalleistung und die erforderliche Erfassungszeit berücksichtigt werden.

Beide Empfänger benötigen eine geregelte Versorgung mit ±15 V und sind für den Betrieb zwischen ±14,5 und ±16,5 V spezifiziert. Die angegebenen Versorgungsströme betragen ±40 mA für das LCA-Modell und ±50 mA für das HCA-Modell; empfohlen wird eine Versorgung mit mindestens ±150 mA. Die Leistungswerte basieren auf einer Aufwärmzeit von 20 Minuten, wobei 10 Minuten als minimal empfohlene Zeit vor der Messung gelten. Der Betriebstemperaturbereich liegt bei 0 bis +60 °C, der Lagerbereich bei −30 bis +85 °C. Der Installationsbereich sollte frei von Rauch, Staub, Öl, Fett, kondensierender Feuchtigkeit und ähnlichen Verunreinigungen sein; eine Detektorkühlung ist im normalen Betrieb bei Raumtemperatur nicht erforderlich.