Détecteurs photodiode avalanche à gain élevé

1122 Instruments de test et de mesure de la lumière
DÉTECTEURSPUISSANCEMÈTRESANALYSES DE FAISCEAUX
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10 -16 10 -15 10 -14 10 -13 10 -12 10 -11 10 -10 10 -9 10 -8
Puissance optique (W)
10 0
10 1
10 2
10 3
10 4
10 5
Rapport Signal/Bruit
PMT
SPM (-20 °C)
Photodiode Si
10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 10 10
Photons/s
Le rapport signal/bruit du SPM est meilleur que
celui du PMT et de la photodiode pour bien des
applications grâce au bruit excédentaire supérieure
de la technologie SPM.
Applications
• Mesures de durée de vie de fluorescence
• Capteurs biologiques
• Puces de balayage
• Biopuces/séquençage ADN
• Protéomique/biopuces à protéines
• Détection d'agents biologiques au point
d'utilisation
• Microscopie confocale
• Médecine nucléaire
• Surveillance environnementale
• Détection de rayonnement nucléaire
• Sécurité Intérieure
• Physique des hautes énergies
• Cytométrie en flux
• Électrophorèse capillaire
• Télémétrie
Série SPM
Détecteurs photodiode avalanche à gain élevé
Que votre application soit une détection de radiation grande zone, un instrument de paillasse ou
un instrument d'analyse de laboratoire de niveau supérieur, la série SPM vous offrira un avantage
considérable par rapport aux plates-formes de détection existantes.
Les photodiodes avalanche à gain élevé de la série SPM constituent la première alternative à état
solide au fameux tube photomultiplicateur (PMT). Ces appareils allient le gain élevé (106) et la
haute efficacité de quantification du PMT aux précieux avantages du silicium, notamment la taille,
la tension de fonctionnement basse, la solidité, la fiabilité, l'insensibilité au champ magnétique, la
tolérance de l'excès de lumière et de la lumière ambiante et l'aptitude à la miniaturisation. En
outre, cette conception novatrice est dotée d'un rapport signal/bruit élevé et d'une réponse impul-
sionnelle très rapide.
Le détecteur consiste en une barrette de photodiodes avalanche (APD) en mode Geiger, dont cha-
cune est couplée individuellement à des composants électroniques d'interruption intégrés. Il s'agit
d'un type de détecteur couramment appelé photomultiplicateur silicium (SPM). Les APD en mode
Geiger bénéficient d'une amplification interne extrêmement élevée qui autorise une sensibilité au
photon près à température ambiante. Un APD en mode Geiger émet une impulsion identique, à
charge fixe ou de courant pour chaque photon unique détecté. Grâce à la connexion d'une barrette
d'APD en mode Geiger en parallèle, la sortie totalisée devient proportionnelle au nombre d'impul-
sions en mode Geiger et donc proportionnelle au flux de photons incidents. Le gain élevé uniforme
sur la barrette permet de résoudre clairement les pics de photo-électrons uniques grâce à la détec-
tion des photons uniques et à l'étalonnage précis du nombre de photons.
Les APD de la série SPM sont disponibles avec une zone active de 1x1 mm2ou de 3x3 mm2, logée
dans un caisson TO8 hermétiquement clos et montée sur un refroidisseur Peltier deux phases. en
fonctionnement normal, le détecteur est refroidi à -20 °C. Ceci permet d'améliorer les performances
en fonctionnement à température ambiante car le comptage noir est généralement réduit d'un
ordre de grandeur.
Pour optimiser encore les performances de ces détecteurs, deux types de préamplificateurs sont
disponibles:
La version amplificateur de transimpédance (-T) convertit le courant brut en tension, avec un gain
de 470 V/A. Cette version est idéale pour les applications nécessitant la détection de signaux
continus (CW) où l'intégration du signal s'effectue dans la durée. L'une des applications est l'ima-
gerie cellulaire ou les puces ADN pour l'intégration d'un signal optique à partir d'un échantillon
pour des périodes allant de 1 μs à 1 ms dans la durée.
La version amplificateur d'impulsions (-P) permet d'exploiter le temps de montée rapide du détec-
teur et constitue le meilleur moyen de fournir avec précisions des informations sur les impulsions
à l'utilisateur. Avec un gain interne de 20, cette version est optimisée pour la détection des pics de
photons individuels, par exemple dans les applications de télémétrie, les expériences de scintilla-
tion ou en physique des hautes énergies.
Les détecteurs de la série SPM sont fournis avec une alimentation intégrée et peuvent être montés
sur tige grâce à un trou taraudé situé sous le boîtier. Un adaptateur pour monture en C est dispo-
nible en option pour fixer les filtres et les lentilles de collecte lumineuse.
• Détecteur compact, robuste et stable fourni avec
alimentation intégrée et refroidisseur TE
• Gain élevé (106)
• Faibles tensions de polarisation (30 V)
• Temps de montée rapide (<5 ns)
• Faible dark count rate (<1 MHz)
• Grande zone atteignant 9 mm2

DÉTECTEURS PUISSANCEMÈTRES ANALYSES DE FAISCEAUX
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Toute la ligne de photodiodes avalanche à gain élevé de la série SPM a été
développée pour Newport par SensL, “The Low Light Sensing Company”,
Cork, Irlande. SensL se consacre au développement de détecteurs et de sys-
tèmes d'imagerie à faible niveau de lumière basés sur la technologie des photodiodes en mode
Geiger.
52,4
42
42
Vis CHc M2
Vis CHc M3
42,0
10
6
Vue de face
Vue arrière
Vue de dessous
Surface du détecteur :
2,1 depuis la fenêtre
Vue de dessus
Detecteur
Ø 14
M4
11,6
19
23
18 34
SMA
Ajustement
䊐 10
䊐 26
Spécifications
Référence SPM1-T SPM1-P SPM3-T SPM3-P Conditions de test
Plage spectrale (μm) de 400 à 1100 nm, typiquement 500 nm
Zone de la puce (mm2)1,14x1,14 3x3 -
Surface active (mm2)1x1 2,85x2,85 -
Tension de fonctionnement (typique) (V) 29,9 29,7 +2 V au-dessus de la
rupture, λ= 520 nm
Sensibilité (A/W) 55 K - 35 K - +2 V au-dessus de la
rupture, λ = 520 nm
Gain de pixels 1x106
Gain de préamplification 470 20 470 20 50 ΩCharge
Tension de sortie maxi (V) 2 50 ΩCharge
NEP (pW/Hz) 6,5x10-15 5,84x10-14 +4 V au-dessus de la
rupture, λ = 520 nm
Plage dynamique 103>103+4 V au-dessus de la
rupture, λ = 650 nm
Fréquence de coupure (MHz) 1 10 1 10 point 3 dB
Capacité de sortie (pF) 130 -
Impédance de sortie (Ω)50-
Efficacité de détection de photons (%) 9–21 λ= 520 nm, de +1 à +4 V
Impulsion de photon unique
front d'impulsion (ns)
- 5 - 5–10 -
Impulsion de photon unique
front de descente (ns)
-20-50 -
Tension d'entrée (V) 5 -
Durée de refroidissement TEC (s) 10 à partir de la température
ambiante
Température de fonctionnement (ºC) -20 à +40 -
Température de stockage (ºC) -30 à +85 -
Références pour commander
Référence Description
SPM1-T Module APD à gain élevé avec capteur 1x1 mm et amplificateur de transimpédance
SPM1-P Module APD à gain élevé avec capteur 1x1 mm et amplificateur d'impulsions
SPM3-T Module APD à gain élevé avec capteur 3x3 et amplificateur de transimpédance
SPM3-P Module APD à gain élevé avec capteur 3x3 mm et amplificateur d'impulsions
SPM-CM Adaptateur pour montage en C - en option
SPM-F Adaptateur FC pour le couplage de fibres
350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850
Longueur d’onde (nm)
0
5
10
15
20
25
Rendement de détection de photon (%)
Efficacité de détection de photons du SPM par rap-
port à la longueur d'onde.
-6,7 x 10-5 -6,5 x 10-5 -6,3 x 10-5 -6,1 x 10-5 -5,9 x 10-5 -5,7 x 10-5 -5,5 x 10-5
-1,6 x 10-2
-1,4 x 10-2
-1,2 x 10-2
-1,0 x 10-2
-8,0 x 10-3
-6,0 x 10-3
-4,0 x 10-3
-2,0 x 10-3
0
Temp s (s)
Instentané
Moyenné
Amplitude (V)
Réponse de l'amplificateur de transimpédance à un
petit signal optique.
Temp s (s)
-5,8 x 10
-5
-5,6 x 10
-5
-5,4 x 10
-5
-5,2 x 10
-5
-5,0 x 10
-5
-4,8 x 10
-5
Amplitude (V)
-4,0 x 10
-2
-3,5 x 10
-2
-3,0 x 10
-2
-2,5 x 10
-2
-2,0 x 10
-2
-1,5 x 10
-2
-1,0 x 10
-2
-5,0 x 10
-3
0
Réponse de l'amplificateur de transimpédance à un
grand signal optique.
Temp s (s)
-3,00 x 10
-6
-7 x 10
-2
-6 x 10
-2
-5 x 10
-2
-4 x 10
-2
-3 x 10
-2
-2 x 10
-2
-1 x 10
-2
0
1 x 10
-2
2 x 10
-2
3 x 10
-2
-2,90 x 10
-6
-2,80 x 10
-6
-2,70 x 10
-6
Amplitude (V)
Réponse de l'amplificateur d'impulsions à un petit
signal optique.
-2,85 x 10
-6
-0,4
-0,35
-0,3
-0,25
-0,2
-0,15
-0,1
-0,05
0
0,05
0,1
-2,75 x 10
-6
-2,65 x 10
-6
-2,55 x 10
-6
Temp s (s)
Amplitude (V)
Réponse de l'amplificateur d'impulsions à un grand
signal optique.