HCA-S Photoreceiver aus Silizium und InGaAs

Der Detektor sollte in erster Linie anhand der Betriebswellenlänge und der erforderlichen Responsivität ausgewählt werden. Si-Versionen decken bei 20 MHz 320–1060 nm beziehungsweise bei 200 und 400 MHz 320–1000 nm ab und bieten typische maximale Empfindlichkeiten von 0,6 A/W bei 920 nm beziehungsweise 0,55 A/W bei 800 nm. InGaAs-Modelle decken 900–1700 nm ab und bieten eine typische Empfindlichkeit von 0,95 A/W bei 1550 nm, wodurch sie sich für gängige Wellenlängen im nahen Infrarot und in der Tele­kommunikation eignen. Das HCA-S-20M-BSI-FST erweitert den Bereich auf 200–1100 nm bei einer typischen Empfindlichkeit von 0,73 A/W bei 1010 nm. In der Praxis sollten Sie zunächst das Detektormaterial wählen und anschließend Bandbreite, aktive Fläche, NEP und die Grenzwerte für die optische Leistung vergleichen.

Die 20-MHz-Modelle eignen sich für Anwendungen, bei denen eine höhere Transimpedanzverstärkung wichtiger ist als ein Ansprechverhalten im Nanosekundenbereich. Sie bieten 1 × 10⁵ V/A bei einer Anstiegs-/Abfallzeit von 18 bzw. 19 ns. Die 200-MHz-Varianten reduzieren die Verstärkung auf 2 × 10⁴ V/A und liefern ein Ansprechverhalten von 1,8 ns. Die 400-MHz-Modelle bieten ein Ansprechverhalten von 1,0 ns bei einer Verstärkung von 5 × 10³ V/A. Eine größere Bandbreite erhöht den angegebenen NEP-Wert, steigert aber auch die verfügbare lineare optische Sättigungsleistung, die beim 400-MHz-Si-Modell 400 µW erreicht. Bei der Auswahl sollten daher die Flankensteilheit des Pulses, die optische Leistung, die erforderliche Spannungshöhe und die analoge Bandbreite des angeschlossenen Instruments berücksichtigt werden.

Der FST-Eingang eignet sich für Freistrahlanordnungen und optische Aufbauten auf der optischen Bank, bei denen möglicherweise Linsen, Tuben, Komponenten für Cage-Systeme oder austauschbare Faseradapter benötigt werden. Er verwendet einen Gewindeflansch mit 1.035″-40 und kann optionale FC- oder FSMA-Adapter aufnehmen. Bei größeren Detektoren ist die Einkopplung über einen Adapter weniger kritisch, etwa beim 3-mm-Si-Detektor und beim 0,5-mm-InGaAs-Detektor der 20-MHz-Modelle. Die 0,3-mm-InGaAs-Detektoren in den 200- und 400-MHz-FST-Versionen erfordern eine sorgfältigere Ausrichtung, während die entsprechenden Modelle mit festem FC eine integrierte Kugellinse verwenden, die für Faserkerne bis 62,5 µm geeignet ist. Wählen Sie festes FC, wenn eine reproduzierbare Faserkopplung Priorität hat, und FST, wenn die optische Konfigurierbarkeit wichtiger ist.

Der BNC-Ausgang ist für eine Last von 50 Ω ausgelegt und sollte am empfangenden Instrument mit 50 Ω abgeschlossen werden. Die angegebenen Verstärkungs-, Ausgangsbereichs- und Rauschwerte basieren auf diesem Abschluss; bei einer anderen Last lässt sich das spezifizierte elektrische Verhalten daher möglicherweise nicht reproduzieren. Je nach Modell beträgt der lineare Ausgangsbereich ±1,0, ±1,2 oder ±1,5 V. Diese Werte sollten mit dem Eingangsbereich des Oszilloskops oder A/D-Wandlers abgeglichen werden. Ein 50-Ω-HF-Kabel unterstützt die Impedanzanpassung und hilft, Reflexionen und elektromagnetische Störungen bei höheren Frequenzen zu begrenzen. Die Kabellänge sollte an die erforderliche Bandbreite angepasst sein, insbesondere bei den 200- und 400-MHz-Modellen.

Die optische Sättigungsleistung definiert den ungefähren Eingangspegel für lineare Verstärkung und ist nicht mit der absoluten Zerstörgrenze des Detektors gleichzusetzen. Die linearen Sättigungswerte reichen von 20 µW beim 20-MHz-InGaAs-Modell bis 400 µW beim 400-MHz-Si-Modell, wobei jeder Wert für die angegebene Referenzwellenlänge gilt. Die absoluten optischen CW-Eingangsgrenzwerte betragen 6 mW für HCA-S-20M-SI, 20 mW für die 200- und 400-MHz-Si-Modelle sowie 10 mW für die InGaAs-Modelle. Bei der Black-Silicon-Version gilt statt eines Gesamtleistungswerts ein Bestrahlungsgrenzwert von 80 mW/mm². Die optische Dämpfung sollte so gewählt werden, dass normale und transiente Signale sowohl innerhalb des linearen Ausgangsbereichs als auch unterhalb des jeweiligen absoluten Grenzwerts bleiben.

Die Photoreceiver benötigen eine symmetrische Versorgung mit ±15 V; der zulässige Betriebsbereich liegt bei ±14,5 bis ±16,5 V. Der versorgungsseitige Strom liegt modellabhängig zwischen ±50 und ±60 mA, empfohlen wird jedoch eine Versorgung mit mindestens ±150 mA. Der Anschluss der Versorgung erfolgt über eine dreipolige Series-1S-Buchse; der passende Gegenstecker ist im Lieferumfang enthalten. Für die angegebenen Prüfbedingungen wird eine Aufwärmzeit von 20 Minuten zugrunde gelegt, vor Messungen werden jedoch mindestens 10 Minuten empfohlen. Der spezifizierte Betriebstemperaturbereich reicht von 0 bis +60 °C, und die Messumgebung sollte frei von kondensierender Feuchtigkeit, Staub, Öl, Rauch und anderen Verunreinigungen sein, die die optische oder elektrische Leistung beeinträchtigen könnten.

NEP gibt die Rauschleistungsdichte der optischen Leistung bei einer angegebenen Wellenlänge und Messfrequenz an; daher sollten die Werte nicht ohne ihre Prüfbedingungen verglichen werden. Die niedrigsten aufgeführten Werte sind 3,3 pW/√Hz für das Black-Silicon-Modell bei 1010 nm und 3,5 pW/√Hz für das 20-MHz-InGaAs-Modell bei 1550 nm. Für die 400-MHz-Versionen sind 40 pW/√Hz für Si und 24 pW/√Hz für InGaAs angegeben, gemessen bei 100 MHz. Als Näherung erster Ordnung steigt das integrierte Rauschen mit der Quadratwurzel der Messbandbreite, sofern die Rauschdichte annähernd konstant bleibt. Entwickler sollten NEP daher bei der vorgesehenen Wellenlänge vergleichen und die nachgeschaltete Bandbreite anschließend auf das begrenzen, was das Signal tatsächlich erfordert.