Moin!
Wir benötigen einen möglichst rauscharmen Photodetektor für 532 nm, Frequenzbereich etwa 100 kHz bis 20 MHz, Linearität und Frequenzgang nebensächlich. Da das Licht aus einer MM-Faser kommt, genügt eine aktive Fläche ab einem halben Millimeter Durchmesser.
Meine erste Wahl würde auf einen Photomultiplier fallen - niedrigster Dunkelstrom bei satter Verstärkung (10^6), so daß der nachfolgende Transimpedanzverstärker kein Problem ist. Dummerweise gibts eine anständige QE von 40% nur mit GaAsP-Photoschicht und die einzige Röhre (R3809U-64), die der anscheinend einzig verbliebene Hersteller von Photomultipliern mit dieser Schicht anbietet, kostet >20kEUR (vermutlich aufgrund der MCP-Verstärkerstufe, deren Breitbandigkeit wir aber gar nicht ausnutzen würden).
Momentan haben wir eine ungekühlte APD mit integriertem TIA. Bei unserer Wellenlänge beträgt die NEP ca. 40 fW/rtHz (optische Eingangsleistung, die ein Signal mit gleichem Effektivwert erzeugt wie das Dunkelstromrauschen). Das Dunkelstromrauschen könnte gerne niedriger sein.
Gekühlte APDs besitzen weitaus weniger Dunkelstrom(rauschen), doch hier wird dann das eigentliche Problem offensichtlich: Bereits ein handelsüblicher TIA mit einem für unseren Frequenzbereich normalen Eingangsrauschen von 2 pA/rtHz führt bei einer Verstärkung der APD von
200 und einer QE von 50% zu einer NEP von 50 fW/rtHz. Das niedrige Dunkelstromrauschen einer gekühlten APD ließe sich damit also überhaupt nicht ausnutzen.Wünschenswert wäre eine Reduzierung des TIA-Eingangsrauschens um eine Größenordnung, also auf unter 0,2 pA/rtHz. Opamps mit noch weniger Eingangsrauschen gibts durchaus, aber dann muss auch das thermische Rauschen des Rückkoppelwiderstands unter diesem Wert bleiben, und damit sind wir schnell in der Größenordnung von 1 MOhm - da hilft dann auch Hobbs' Kaskode nicht mehr weiter.
Gibts da noch andere Möglichkeiten? Hier und da hab ich was mit FET-Vorstufe gesehen, aber da scheitere ich schon an der Simulation, da ich zu absolut keinem modernen HEMT/MESFET/... ein in LTSpice funktionierendes Modell finde - nur S-Parameter ab 100 MHz helfen mir wenig weiter. Bringts was, die gute alte Triode wieder auszugraben (hab ich keine Ahnung von)? Oder gibts doch noch einen zweiten Hersteller von Photomultipliern?
Gruß, Michael.