Products HomeHgCdTe(MCT)増幅フォトディテクター
- HgCdTe (MCT) Detectors with Optically Immersed Sensors
- Three Models Available Covering 2.0 to 10.6 µm
- Adjustable Gain Selection
PDAVJ8
2.0 - 8.0 µm,
DC to 100 MHz
PDAVJ10
2.0 - 10.6 µm,
DC to 100 MHz
PDAVJ5
2.7 - 5.0 µm,
DC to 1 MHz
Please Wait
| MIR Detector Selection Guidea | ||||
|---|---|---|---|---|
| Item # (Detector) | Detector Type | Wavelength Range | Maximum Bandwidth | Thermoelectric Cooler |
| PDA10DT (InGaAs) | Photodiode | 0.9 - 2.57 µm | 1,000 kHz | Yes |
| PDA10D2 (InGaAs) | Photodiode | 0.9 - 2.6 µm | 25,000 kHz | No |
| PDA10PT (InAsSb) | Photodiode | 1.0 - 5.8 µm | 1,600 kHz | Yes |
| PDA07P2 (InAsSb) | Photodiode | 2.7 - 5.3 µm | 9 MHz | No |
| PDAVJ8 (HgCdTe) | Photodiode | 2.0 - 8.0 µm | 100 MHz | No |
| PDAVJ10 (HgCdTe) | Photodiode | 2.0 - 10.6 µm | 100 MHz | No |
| PDAVJ5 (HgCdTe) | Photodiode | 2.7 - 5.0 µm | 1 MHz | No |
| PDA13L2 (LiTaO3) | Pyroelectric | 0.6 - 16 µm | 10 kHz | No |
Click for Details
ハイパー半球レンズでは像がセンサ素子後方の仮想面に形成されるため、有効検出面積はセンサの物理的な面積よりも大きくなります。
Click for Details
標準的な半球レンズでは像はセンサ素子面に形成されます。
特長
- 中赤外域光に感度がある光起電力型ディテクタ
- PDAVJ8: 2.0～8.0 µm
- PDAVJ10: 2.0～10.6 µm
- PDAVJ5: 2.7～5.0 µm
- 広帯域幅
- PDAVJ8:DC～100 MHz
- PDAVJ10:DC～100 MHz
- PDAVJ5:DC～1 MHz
- 有効検出面積:1 mm2 (1 mm x 1 mm)
- M4タップ穴(#8-32も使用可)を使用してポストに取り付け可能(2方向)
- SM1外ネジとSM05内ネジ付き
- ACアダプタが付属
当社の増幅器付き光起電力型ディテクタHgCdTe(MCT)は、中赤外域光に感度があります。増幅器の利得はロータリースイッチで変えられ(下の写真参照)、様々な用途に対して性能を最適化することができます。この利得スイッチは0～30 dB(型番PDAVJ8とPDAVJ10)または0～42 dB(PDAVJ5)の範囲を8段階で切り替えられます。最良の結果を得るには、出力ケーブル(付属しておりません)を50 Ω終端に接続することをお勧めします。
HgCdTe(MCT)センサ素子にはすべて光学的な浸漬効果が得られるようにGaAs製のハイパー半球レンズが内蔵されており、また2～13 µmの波長域用にARコーティングされたウェッジ付きセレン化亜鉛(ZnSe)ウィンドウが付いています。
Click to Enlarge
側面にある利得アジャスタ
このディテクターパッケージには当社のほかのマウント付きフォトディテクタと同じ機械的特長が多数組み入れられています。SM1外ネジとSM05内ネジがあるため、検出素子の前部にØ25 mm～Ø25.4 mm(Ø1インチ)レンズチューブ、またはØ12 mm～Ø12.7 mm(Ø1/2インチ)レンズチューブを取り付けることが可能です。M4タップ穴(#8-32も使用可)が2つあり、筐体をØ12 mm～Ø12.7 mm(Ø1/2インチ)ポストに対して2方向(直交)のどちら向きにも固定できます。各ディテクタには電源が付属しています。
光学的な浸漬効果を用いたセンサ素子
こちらのMCTディテクタには光学的な浸漬効果が利用されており、有効検出面積が1 mm2に拡大されます。この面積はセンサ素子の物理的な検出面積よりも約2桁大きく、これにより感度は増大し、静電容量は減少します。この技術は、センサ素子に対して、屈折率が高く(n = 3.3)、中赤外域で透明なGaAs製のハイパー半球マイクロレンズを組み合わせることで実現されています。右の図では半球レンズよりもハイパー半球レンズを使用する利点を示しています。半球レンズ(左)はセンサ面に光を集光し、物理的なセンサに比べてn倍大きい像を形成します。ハイパー半球レンズ(右)はセンサ後方の仮想的な焦点面上に像を形成し、この像の寸法は物理的なセンサに比べてn2倍大きくなります。なお、半球レンズの受光角が180°であるのに対して、ハイパー半球レンズを用いた場合の受光角は35°と小さくなることにご留意ください。
電源
当社のPDAおよびPDFシリーズの増幅フォトディテクタには、日本国内用の±12 V出力のリニア電源LDS12Bが付属します。交換用の電源も別途ご用意しております(下記をご覧ください)。電源を本体に接続する前に、電源モジュールの電圧入力用スイッチが適切な電圧範囲に設定されていることをご確認ください。電源のスイッチを入れる場合は、必ず本体の電源を切って下さい。本体のスイッチを入れたまま、電源をつなぐことはお勧めできません。
すべての仕様値は23 ± 5°C、相対湿度45 ± 15%で有効です。
| Item # | PDAVJ8 | PDAVJ10 | PDAVJ5 |
|---|---|---|---|
| Optical Specifications | |||
| Wavelength Range | 2.0 - 8.0 μm | 2.0 - 10.6 μm | 2.7 - 5.0 μm |
| Peak Wavelength (λP) | 6.5 μm | 6.5 μm | 4.75 μm |
| Window Material | ZnSe | ||
| Saturation Input Power | 250 µW | 500 µW | 200 µW |
| Max Input Power (Photodiode Damage Threshold) | CW or >1 µs Pulse: 2.5 W/cm2 < 1 µs Pulse: 10 kW/cm2 | ||
| Electrical Specifications | |||
| Responsivity × Effective Detector Width @ λP | ≥0.04 A·mm/Wa | ≥0.01 A·mm/Wa | - |
| Current Responsivity @ λP | - | - | ≥1 A/W |
| Detectivity (D*) @ λP | ≥6.0×108 cm·Hz1/2·W-1 | ≥2.0×108 cm·Hz1/2·W-1 | ≥1.5×1010 cm·Hz1/2·W-1 |
| Gain Adjustment Range | 30 dB | 30 dB | 42 dB |
| Gain Steps | 8 | ||
| Conversion Gain @ Gain = 8, λP | 6000 V/W | 4000 V/W | 200 000 V/W |
| Conversion Gain @ Gain = 1, λP | 185 V/W | 120 V/W | 1500 V/W |
| Output Bandwidth (3 dB) | DC - 100 MHzb | DC - 100 MHzb | DC - 1 MHzc |
| Noise Equivalent Power (NEP)d | 170 pW/Hz1/2 | 210 pW/Hz1/2 | 14 pW/Hz1/2 |
| Output Voltage (Max) | 0 - 1.0 V (50 Ω) 0 - 2.0 V (Hi-Z) | ||
| Output Impedance | BNC, 50 Ω | ||
| Output Current (Max) | 50 mA | ||
| Output Offset Voltage | < ±25 mV | ||
| General Specifications | |||
| Optical Input | Free Space | ||
| Electrical Output | BNC | ||
| Detector Element | HgCdTe (MCT), Optically Immersed | ||
| Effective Detector Size | 1 mm x 1 mm, Multilayer | 1 mm x 1 mm, Multilayer | 1 mm x 1 mm, Single Layer |
| Housing Dimensions | 70.9 mm × 54.1 mm × 22.5 mm (2.79" × 2.13" × 0.89") | ||
| Depth of Detector Surfacee | 4.3 mm | ||
| Depth of Protective Windowe | 1.1 mm | ||
| Weight | Detector: 0.18 lbs (80 g) Power Supply: 0.9 lbs (400 g) | ||
| Included Power Supply | ±12 V @ 250 mA (100/120/230 VAC, 50 - 60 Hz, Switchable) | ||
| Operating Temperature | 15 to 30 °C | ||
| Storage Temperature | 0 to 45 °C | ||
出力信号
BNC メス型
0～1.0 V @50 Ω
0～2.0 V @High Z
50 mA (最大電流)
電源入力
3ピン メス型
フォトダイオードのチュートリアル
動作原理
接合型フォトダイオードは、通常の信号ダイオードと似た動作をする部品ですが、接合半導体の空乏層が光を吸収すると、光電流を生成する性質があります。フォトダイオードは、高速なリニアデバイスで、高い量子効率を達成し、様々な用途で利用することが可能です。
入射光の強度に応じた、出力電流レベルと受光感度を正確に把握することが必要とされます。図1は、接合型フォトダイオードのモデル図で、基本的な部品要素が図示されており、フォトダイオードの動作原理が説明されています。
図1:フォトダイオードの概略図
フォトダイオード関連用語
受光感度
フォトダイオードの受光感度は、規定の波長における、生成光電流 (IPD)と入射光パワー(P)の比であると定義できます。
Photoconductiveモード(光導電モード)とPhotovoltaicモード(光起電力モード)
フォトダイオードは、Photoconductiveモード(逆バイアス) またはPhotovoltaicモード(ゼロバイアス)で動作できます。 モードの選択は、使用用途で求められる速度と、許容される暗電流(漏れ電流)の量で決まります。
Photoconductiveモード(光導電モード)
Photoconductiveモードでは、逆バイアスが印加されますが、これが当社のDETシリーズディテクタの基本です。回路で測定できる電流量はフォトダイオードに照射される光の量を反映します。つまり、測定される出力電流は、入射される光パワーに対しリニアに比例します。逆バイアスを印加すると、空乏層を広げて反応領域が広くなるため、接合容量が小さくなり、良好な線形応答が得られます。このような動作条件下では、暗電流が大きくなりがちですが、フォトダイオードの種類を選ぶことで、暗電流を低減することもできます。(注：当社のDETディテクタは逆バイアスで、順方向バイアスでは動作できません。)
Photovoltaicモード(光起電力モード)
Photovoltaicモードでは、フォトダイオードはゼロバイアスで使用されます。デバイスからの電流の流れが制限されると電位が上昇します。このモードでは光起電力効果が引き起こされますが、これが太陽電池の基本です。Photovoltaicモードでは、暗電流は小さくなります。
暗電流
暗電流とは、フォトダイオードにバイアス電圧が付加されている時に流れる漏れ電流です。Photoconductiveモードで使用する場合に暗電流の値は高くなりがちで、温度の影響も受けます。 暗電流は、温度が10°C上昇するごとに約2倍となり、シャント抵抗は6°C の上昇に伴い倍になります。高いバイアスを付加すれば、接合容量は小さくなりますが、暗電流の量は増大してしまいます。
暗電流の量はフォトダイオードの材料や検出部の寸法によっても左右されます。ゲルマニウム製のデバイスでは暗電流は高くなり、それと比較するとシリコン製のデバイスは一般的には低い暗電流となります。下表では、いくつかのフォトダイオードに使用される材料の暗電流の量と共に、速度、感度とコストを比較しています。
| Material | Dark Current | Speed | Spectral Range | Cost |
|---|---|---|---|---|
| Silicon (Si) | Low | High Speed | Visible to NIR | Low |
| Germanium (Ge) | High | Low Speed | NIR | Low |
| Gallium Phosphide (GaP) | Low | High Speed | UV to Visible | Moderate |
| Indium Gallium Arsenide (InGaAs) | Low | High Speed | NIR | Moderate |
| Indium Arsenide Antimonide (InAsSb) | High | Low Speed | NIR to MIR | High |
| Extended Range Indium Gallium Arsenide (InGaAs) | High | High Speed | NIR | High |
| Mercury Cadmium Telluride (MCT, HgCdTe) | High | Low Speed | NIR to MIR | High |
接合容量
接合容量(Cj)は、フォトダイオードの帯域幅と応答特性に大きな影響を与えるので、フォトダイオードの重要な特性となります。ダイオードの面積が大きいと、接合容量が大きくなり、電荷容量は大きくなります。逆バイアスの用途では、接合部の空乏層が大きくなるので、接合容量が小さくなり、応答速度が速くなります。
帯域幅と応答性
負荷抵抗とフォトディテクタの接合容量により帯域幅が制限されます。最善の周波数応答を得るには、50 Ωの終端装置を50 Ωの同軸ケーブルと併用します。接合容量(Cj)と負荷抵抗値(RLOAD)により、帯域幅(fBW)と立ち上がり時間応答(tr)の概算値が得られます。
ノイズ等価電力
ノイズ等価電力(NEP)とは、信号対雑音(S/N)比が1であるときに生成されるRMS信号電圧の値です。NEPによって、ディテクタが低レベルの光を検知する能力を知ることができるので、この数値は便利です。一般には、NEPはディテクタの検出部の面積増加に伴って大きくなり、下記の数式で求めることができます。
この数式において、S/Nは信号対雑音比、Δf はノイズの帯域幅で、入射エネルギ単位はW/cm2となっています。詳細は、当社のホワイトペーパー「NEP – Noise Equivalent Power」をご覧ください。
終端抵抗
オシロスコープでの測定を可能にするためには、生成された光電流を電圧(VOUT)に変換する必要がありますが、負荷抵抗を用いて電圧変換します。
フォトダイオードの種類によっては、負荷抵抗が応答速度に影響を与える場合があります。最大帯域幅を得るには、50 Ωの同軸ケーブルを使用して、ケーブルの反対側の終端部で50 Ωの終端抵抗器の使用を推奨しています。このようにすることで、ケーブルの特性インピーダンスとマッチングできて共鳴が最小化できます。帯域幅が重要ではない特性の場合は、RLOADを増大させることで、所定の光レベルに対して電圧を大きくすることができます。終端部が不整合の場合、同軸ケーブルの長さが応答特性に対して大きな影響を与えます。したがってケーブルはできるだけ短くしておくことが推奨されます。
シャント抵抗
シャント抵抗は、ゼロバイアスフォトダイオード接合の抵抗を表します。理想的なフォトダイオードでは、シャント抵抗は無限大となりますが、実際の数値はフォトダイオードの材料の種類によって、10Ωのレベルから 数千MΩの範囲となる場合があります。例えばInGaAsディテクタのシャント抵抗は、10 MΩのレベルですが、GeディテクタはkΩのレベルです。このことは、フォトダイオードのノイズ電流に大きく影響を与える可能性があります。しかしながらほとんどの用途では、ある程度高い抵抗値であればその影響は小さく、無視できる程度です。
直列抵抗
直列抵抗は半導体材料の抵抗値で、この低い抵抗値は、通常は無視できる程度です。直列抵抗は、フォトダイオードの接触接続部とワイヤ接続部で発生し、ゼロバイアスの条件下でのフォトダイオードのリニアリティの主な決定要因になります。
一般的な動作回路
図2: 逆バイアス回路(DETシリーズディテクタ)
上図の回路はDETシリーズのディテクタをモデル化したものです。ディテクタは、入射光に対して線形の応答を得るために逆バイアス状態になっています。ここで生成された光電流の量は、入射光と波長に依存し、負荷抵抗を出力端子に接続すると、オシロスコープでモニタリングできます。RCフィルタの機能は、出力に雑音を載せてしまう可能性のある供給電力からの高周波雑音のフィルタリングです。
図3: 増幅ディテクタ回路
高利得用途でアンプとともにフォトディテクタを使用できます。動作時には、PhotovoltaicモードまたはPhotoconductiveモードのいずれも選択可能です。このアクティブ回路はいくつかの利点があります。
- Photovoltaicモード：オペアンプで、点Aと点Bの電位が同じに維持されているので、フォトダイオードでは回路全体では0 Vに保たれています。このことで暗電流は発生しなくなります。
- Photoconductiveモード: フォトダイオードは逆バイアス状態であるので、接合容量を低下させ、帯域幅の状態を改善します。ディテクタの利得は、フィードバック素子(Rf)に依存します。ディテクタの帯域幅は、下記の数式で計算することができます。
GBPが利得帯域幅積で、CDは接合容量と増幅器の静電容量の和です。
チョッパ入力周波数の影響
光導電信号は時定数の応答限界までは一定となりますが、PbS、 PbSe、HgCdTe (MCT)、InAsSbなどのディテクタにおいては、1/fゆらぎ(チョッパ入力周波数が大きいほどゆらぎは小さくなる)を持つため、低い周波数の入力の場合は影響が大きくなります。
低いチョッパ入力周波数の場合は、ディテクタの受光感度は小さくなります。周波数応答や検出性能は下記の条件の場合において最大となります。
| Posted Comments: | |
Max Lipitz
(posted 2023-09-12 10:37:13.773) I am working with the PDAVJ10 and am hoping you could provide the lambda max conversion gains for the other gain settings. (1 and 8 already provided).
Thanks
Max dpossin
(posted 2023-09-18 04:02:50.0) Dear Max,
Thank you for your feedback. Unfortunately since the scaling on the knob is not linear with respect to the gain, we can just provide the minimum and maximum gain. I am reaching out to you in order to discuss that in more detail. Deng Hui
(posted 2023-06-19 22:30:19.867) 镜头不能用了，发热 hkarpenko
(posted 2023-06-21 06:19:06.0) Deaer customer,
thank you very much for your feedback. I will contact you directly to discuss this issue in detail with you. user
(posted 2023-04-22 09:40:18.363) Are there TE-cooled versions of these? You do have TE-cooled MCT photodiodes. hkarpenko
(posted 2023-04-24 10:09:19.0) Dear customer,
thank you for your feedback. These detectors do not use TEC cooled versions of MCT photodiodes. We have some bare MCT diodes with TEC element on our website for sale. I will contact you directly to discuss this with you in detail. Michele Cotrufo
(posted 2022-12-11 19:33:12.29) What is the level of linearity of these detectors, with respect to the input power?
And how much below the "Saturation Input Power" I need to to operate to achieve such linearity? hchow
(posted 2022-12-15 10:09:44.0) Dear Ms. Cortufo, thank you for your feedback. The PDA series of amplified photodetectors are good for getting a highly linear output when background noise isn't an issue. They stay linear up to the saturation input power threshold. I will personally reach out to you to provide more information. Thank you. John Linden
(posted 2021-08-10 15:10:55.113) I did not see the response time, or any temporal resolution mentioned. Is this relevant? if so, what is it?
Thanks.
-John Linden dpossin
(posted 2021-08-11 08:43:31.0) Dear John,
Thank you for your feedback. Well we do not spec the response time directly but the bandwidth. The response time can be calculated by the quotient 0.35/bandwidth. I am reaching out to you in order to provide further information. daniel.cremons
(posted 2018-09-06 17:50:29.52) I have the PDAVJ8 and when using the power supply in the 115 V mode (to match my supply; I'm in the US), I see a 30 MHz sawtooth in the signal which is about 20 mV at 0 gain. When I switch the power supply to the 230 V setting the sawtooth goes away and the detector seems to be operating as normal. Could my power supply have gotten the settings switched or is there some other cause of the sawtooth? nreusch
(posted 2018-09-27 09:38:22.0) This is a response from Nicola at Thorlabs. Thank you for your inquiry. We could not reproduce the 30 MHz saw tooth, so there might be an issue with the PSU. As you have not selected “Contact Me” in the feedback form, please get in contact with your local Thorlabs Tech Support team for troubleshooting. |
下表は、当社のフォトダイオードタイプのディテクタ、フォトコンダクティブ型ディテクタ、焦電ディテクタの一覧です。同一の列に記載されている型番の検出素子は同じです。
| Item #a,b | Housing Featuresc | Wavelength Range (λP) | Responsivity × Effective Detector Width @ λP | Responsivity @ λP | Output Bandwidth @ 3 dB | Conversion Gain @ λP | NEPd | Typical Performance Graphse |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PDAVJ8 |  | 2.0 - 8.0 µm (6.5 µm) | ≥0.04 A·mm/Wf | - | DC - 100 MHzg | 185 V/W (Gain Setting 1) 6000 V/W (Gain Setting 8) | 170 pW/Hz1/2 |  |
| PDAVJ10 | | 2.0 - 10.6 µm (6.5 µm) | ≥0.01 A·mm/Wf | - | DC - 100 MHzg | 120 V/W (Gain Setting 1) 4000 V/W (Gain Setting 8) | 210 pW/Hz1/2 | |
| PDAVJ5 | | 2.7 - 5.0 µm (4.75 µm) | - | ≥1 A/W | DC - 1 MHzh | 1500 V/W (Gain Setting 1) 200 000 V/W (Gain Setting 8) | 14 pW/Hz1/2 | |
ズーム
- 上記の増幅フォトディテクタHgCdTe(MCT)の交換用電源
- ±12 VDC出力
- 短絡回路を保護しオーバーロードを防ぐ電流リミット機能
- LED表示付きのOn/Offスイッチ
- AC入力電圧はスイッチ切り替え可能(100/120/230 VAC)
- 長さ2 mのケーブルはLUMBERG製オス型コネクタRSMV3付き
±12 VDC安定化リニア電源LDS12Bは、上記のPDAシリーズの増幅フォトディテクタに付属する電源の交換用製品です。ケーブルに付いているコネクタは3ピンで、グランド用、+12 V用、-12 V用となっています(上図参照)。LDS12Bには日本国内仕様の電源ケーブルが付属します。また、この電源は当社のPDBシリーズの差分ディテクタ(バランスディテクタ)、PMMシリーズの光電子増倍管モジュール、APDシリーズのアバランシェフォトディテクタ、フェムト秒レーザ用オートコリレータFSACにも対応しています。
 HgCdTe (MCT)増幅フォトディテクタ |