Photodetektor - mal wieder

Noe, Comics haben mich noch nie interessiert.

Tja, dafuer braucht man eben die alten Haudegen :-)

Das schon. Doch gerade im Bereich TIA und APDs habe ich manches komplett auf SPICE entwickelt, ins CAD gezeichnet, beschrieben und so an den Kunden geschickt. Die Sampling Scope Plots sahen hinterher fast wie abgepaust aus.

Messungen sind vorher aber oefter noetig. Z.B. Induktivitaet und besonders Streuinduktivitaeten von Uebertragern. Dazu steht hier ein HP4191, denn man muss das gerade bei Ferritbauteilen im interessierenden Frequenzbereich tun und nicht mit irgendeinem LCR-Meter.

Das kam in der Uni nicht dran :-)

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Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

Moin!

Ich habe keine APD außer denen mit TIA zusammen in einem TO-Gehäuse. Solange muss ich die 1,6pF glauben.

Sorry, ich kann Dir nicht folgen. Die Diode hat - solange ich nichts anderes messe - 1,6pF. Das gibt bei 20MHz eine Impedanz von 5kOhm. Die soll ich nun per Basisschaltung fast kurzschließen und dann die praktisch nicht vorhandene Spannung verstärken, so daß ich statt nur der Diode mit

5kOhm Impedanz nun einen Verstärker mit 100 Ohm Ausgangsimpedanz habe, bei gleichem Strom also weniger Spannung als die Diode alleine liefern würde. Wo ist da der Gewinn?

Gruß, Michael.

Schmalbandig gefiltertes Rauschen ist immer Nutzsignal ;-). Ich ahne langsam das Messproblem. Mit laserinduzierten Gittern hatte ich mal was ähnliches, optische Signale in der Gegend von 5-50 MHz, mehrere Wellenzüge, nur wenige Photonen. Aber: Zeitlich kohärent, also konnte man einfach 1000 dieser Signale aufaddieren (DSO reicht völlig) und gut war. Hier aber... oje.

Daran rätsle ich auch gerade rum. Vielleicht eignet sich eine Schaltung mit einem einzigen FET, wobei man den DC-Arbeitspunkt mit einem Servo- Opamp stabilisiert. Macht man den Servo absichtlich zu schnell, also mit zuwenig Siebung, gehen vielleicht die tieffrequenten Anteile vergleichsweise schmerzfrei weg. Im Kopf (hinter Nebelschleiern, zugegebenermassen) hatte ich eine Schaltung wie sie im Datenblatt des OP-64 angegeben ist.

Die haben viele interessante Dinger, denen ich allerdings nicht immer vertraue. IIRC gibt es Hybridanordnungen ebenfalls mit Vakuumfotokathode, HV für EBS und dann keine "lineare" APD sondern APD-Arrays im Geiger- Mode. Nich mein Ding. "Interessante" Dunkelzählrate etc.

Ich muss nochmal in meiner Sammlung an Reklameblättern dieser Firma wühlen, wenn ich es nicht wieder vergesse oder ich anderweitig wieder mit Arbeit überhäuft werde, wie eigentlich täglich... Der Katalog ist da leider nicht sehr hilfreich, aber immerhin hast du ihn im Netz gefunden, was mir noch nicht gelungen ist. Bei allfälligem wenngleich unwahrscheinlichem Energieüberschuss kann ich auch mal den hiesigen Dealer anrufen, bei dem Umsatz, den wir (+ ETH, + CERN) so generieren, sind die immer sehr hilfsbereit... Nicht günstig für PMT ist die Wellenlänge, nur auf diesen Bereich schau ich beim Durchwühlen der Reklame nicht, eher auf 250-350nm, welcher für PMT kein Problem ist.

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mfg Rolf Bombach

Mit gehobener Experimentierkunst und leichter Änderung der Aufgabe geht es. Hier hat einer irgendwelche mikroskopische Widerstände aus Niob(?) gebastelt, welche ganz knapp bei der Supraleiter- Sprungtemperatur gehalten werden. Offenbar reichte ein Röntgen- quant aus, um den Widerstand soweit zu "erwärmen", dass die Sprungtemperatur überschritten wurde, was man dann nachweisen konnte. Single-Photon mit einem Bolometer hat schon was ;-).

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mfg Rolf Bombach

würden, denn Rolf hatte gefragt, wieviel _Licht_ da ist.

Also 100 pW sind schon deutliche Mengen Licht. Etwa so viel, wie im Auge ankommt, wenn man hinten im Hörsaal sitzt und mit einem zulässigen (!) Laserpointer ein Punkt an die Tafel funzelt. Das Problem hier ist, dass Zeitauflösung im Bereich von 10-20ns nötig sind, daher kommen die 50 Ohm. Ansonsten wäre der obige Fotostrom von 3 nA keine messtechnische Herausforderung.

10 ns * 100 pW = ca. 1 Photon im Zeitfenster.... shice.

Auch sind 0.3 Elektronen pro Sekunde, zeitaufgelöst, kein messtechnisches Problem. Hatte ich auch schon mal als "Signal". Aber auch um das geht es hier nicht...

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mfg Rolf Bombach

Moin!

F...! Ich dachte auch immer, eigentlich wär müsste das ja ausreichend Licht sein, habs aber nie nachgerechnet. Naja 20 MHz wären ja durchaus noch mit 25ns Licht + 25ns kein Licht zu erschlagen, dann hätte ich immerhin noch ne handvoll Photonen. Aber doll is das nich.

Gruß, Michael.

Moin!

Naja, kennst mich ja. :-)

Hm, auch da wird direkt auf den Eingang zurückgekoppelt, trotzdem eine interessante Schaltung.

Mein Vertrauen in einen HPD ohne jegliche Angabe zu Dunkelstrom oder Rauschen ist auch begrenzt.

Das wär mir bei mehr Licht vermutlich zu digital.

Auf der "Photomultiplier Tube and Related Product"-Seite gibts einen Link ">>> Sectional Catalogs". Da sind die alle. Die HPD stand da aber natürlich nicht mit drin, darum hatte ich die nicht gesehen. Auch nicht in der product list. Achso, ich bin über www.....com eingestiegen und auf jp....com/en/ weitergeleitet worden. Von den Seiten rede ich. Dann gibts offensichtlich noch sales.....com/en/ wo die Seiten ganz anders aufgebaut sind und auch andere Produkte in der Liste stehen. WTF!?

Erstmal abwarten, momentan treiben die sich wohl alle auf der Sensor+Test in Nürnberg rum.

Gruß, Michael.

Am 23.05.2012 20:21, schrieb Michael Eggert:

Du hast da etwas mißverstanden. Nehmen wir mal den von dir angegebenen Link. In jedem angeführten Beispiel wird die Diode im Kurzschluß betrieben. Um eine möglichst hohe Bandbreite zu erreichen geht das auch nicht anders.

Im Beispiel 3 ist es sehr deutlich. Der über den Gegenkopplungswiderstand fließende Strom ist gleich dem Photostrom nur mit entgegengesetztem Vorzeichen. Er kompensierte ihn im Idealfall. Im Ergebnis ist die Spannung am invertierenden Eingang des Verstärkers A1 "0" was einem virtuellen Nullpunkt entspricht.

Zu Transimpedanzverstärker:

Mein Vorschlag war, die Eingangsstufe die fürs Rauschen entscheident ist, zu optimieren. Denn wenn du den Aufwand für die Kühlung der Diode treibst und das bei der Bandbreite, wirst du kaum um eine diskrete Lösung eben jener Stufe herumkommen. Und ja, 1MOhm für den Gegenkopplungswiderstand ist bei der anvisierten Bandbreite unrealistisch. Rechne eher das der im Bereich bis 2k liegt.

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mfg hdw

Moin!

Richtig. Dort hat die Diode aber auch eine sehr große Kapazität von

100pF, größer als die Eingangskapazität jedes TIAs. Darum ist es auch sinnvoll, die Kapazität der Diode mittels der Kaskode vom Eingang des TIA zu entkoppeln. Bei den 1,6pF meiner Diode in spe sieht das in meinen Augen anders aus.

Der Idealfall ist der Idealfall und bei Grenzfrequenz liegt der Grenzfall - mit endlicher Verstärkung des Opamps, resultierend vorhandener Eingangsspannung und folglich einer nicht kurzgeschlossenen Kapazität der Diode. Darum ist die Entkopplung der beiden ja so wichtig, sofern die Kapazität der Diode vorherrscht. Bremst der Opamp sich selbst mehr aus als es die Diode tut, ist das hinfällig...

Ziel der Kaskode ist es, die Ausgangsimpedanz bei hohen Frequenzen im Vergleich zur nackten Diode zu vergrößern, um den Opamp-Eingang weniger zu belasten. 100 Ohm im Vergleich zu den 5k Ohm "meiner" Diode bei 20 MHz sind aber keine Vergrößerung.

Ohne Zweifel - ich frage mich nur, ob die Kaskode hier das Mittel der Wahl ist.

Der darf aber niemals auf den unverstärkten Strom rückkoppeln, denn 2k haben selber schon 3pA/rtHz thermisches Stromrauschen.

Gruß, Michael.

Nachtrag, damit wir nicht aneinander vorbeireden:

Es geht mir nicht um den Vergleich "vor Kaskode - nach Kaskode" sondern "mit Kaskode - ohne Kaskode". Im Gegensatz zu Hobbs' Beispiel bin ich mit einer Diode kleiner Kapazität und im Vergleich dazu moderater Bandbreite gesegnet. Warum soll ich also aus einer Stromquelle hoher Impedanz eine Stromquelle niedriger Impedanz machen?

Gruß, Michael.

Michael Eggert schrieb:

Die Firma hat so was von Katalogen... und Sonderkataloge, Sonderflyer, reguläre Flyer, mittlerweile auch noch alles per EMail etc. Aber so richtig ein System ist da nicht drin. Gerade per Zufall gesehen: H7422-40 Kompaktmultiplier-Modul, gekühlt, GaAsP. Angeblich 50% QE bei 530nm. Preis wahrscheinlich astronomisch.

Meine andere Erinnerung hat getrügt, im Datenblatt von so einem Modul (H5700er Serie) war eine sehr beeindruckende Effizienzkuve, QE von beinahe mehr als 1. Beim näheren Hinschauen war allerdings die Ausgangsempfindlichkeit in irgend einer andern Einheit gemeint..

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mfg Rolf Bombach

Warum das denn? Die Gegenkopplung des TIm.Verstärkers ist selbstverständlich auch frequenzabhängig und kompensiert die Kapazität.

Das habe ich jetzt nicht verstanden. Die Kapazität der Diode ist in etwa die Summe der Sperrschicht- und der parasitären Kapazität. Als eigentliches Problem sehe ich die Sperrschichtkapazität der Diode.

Das sehe ich anders. Ich sehe den Hauptgrund einer Kaskode darin, den Rauschabstand nur soviel wie nötig zu verschlechtern bei gleichzeitiger möglichst nichtt zu erhöhender Reaktionsgeschwindigkeit der Diode. Denn ein OP ist immer auch ein Kompromiß. Wenn man dann die Eingangsstufe nach außen verlagert. hat mans in der Hand, gewisse Parameter zu optimieren bzw zu maximieren, je nach Anforderung.

Eben, deshalb ja auch "nur" ein Vorschlag von mir. Bei deinen Anforderungen hängt die Entscheidung sehr von einzelnen Parametern ab. Das sind Rauschabstand und maximale Reaktionsgeschwindigkeit der Diode. So habe ich das jedenfalls verstanden.

Genau ist es der resultierende reale Widerstand von Gegenkopplungswiderstand, Diodenausgangswiderstand. Zu dieser Rauschspannung addiert sich geometrisch die Eingangsrauschspannung des Verstärkers.

Ich sags ja, dein Vorhaben ist durchaus als ambitioniert zu sehen.

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mfg hdw

Am 24.05.2012 13:25, schrieb Michael Eggert:

Dein Gedanke würde auf eine Leistungsanpassung hinauslaufen. Würde ich im ersten Anlauf auch so sehen. Das eigentliche Problem ist aber die Reaktionsgeschwindigkeit der Diode. Die verschlechtert sich nämlich mit der Höhe der Urspannung. Also der Spannung die in der Diode entsteht. Deshalb versucht man ja manchmal, mit eine Gegenspannung zur Sperrschicht die etwas zu kompensieren. Und deshalb ja auch der Betrieb von Fotodioden im Strombetrieb.

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mfg hdw

ca. 4000,--

Am 25.05.2012 08:03, schrieb Horst-D.Winzler:

Nachtrag: Bei größtmöglicher Reaktionsgeschwindigkeit und höchster Empfindlichkeit erübrigt sich die Diskussion ob Kurzschlußbetrieb oder nicht. Für die weitere Verstärkung des Signals ist der Rauschpegel bzw Rauschstrom der Diode bei Betriebstemperatur maßgebend. Jeder Verstärker dessen Rauschpegel/Rauschstrom über dem der Diode liegt, ist auszuschließen. Gleicher Rauschstrom vermindert den Rauschabstand um den Faktor 1,414. Wenn du eine diskrete Basisschaltung vorsiehst, brauch der folgende Verstärker selbstverständlich dann kein TrI-Verstärker zu sein. Damit erhöht sich die Auswahl der infrage kommenden OPs. Was ja auch schon etwas ist.

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mfg hdw

Am 25.05.2012 09:27, schrieb Tobias Kahre:

Exklusivität hat eben ihren Preis. ;-9

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mfg hdw

Moin!

Ja, die wurde mir heute auch empfohlen. Ich dachte ja, dort wär bestimmt auch die teure MCP-Röhre drin, da ich keine andere mit GaAsP gefunden hatte, aber weit gefehlt: Eine ganz normale PMT mit GaAsP, die eben einfach nur im Modul und nicht einzeln verkauft wird. Kannjawohlnichwahrsein. Damit hat sich dann auch der Hybriddetektor erübrigt, der ist nämlich auch nicht viel günstiger als dieses Modul.

Ja, es ist schon zum Heulen. Ist es denn (egal für welche Firma) zuviel verlangt, für einen Detektor QE, Verstärkung und die auf den Eingang bezogenen Dunkelstrom anzugeben? Alles muss man sich aus irgendwelchen schwammigen Größen ableiten. Was musste ich lachen, als ich im "Avalanche Photodiodes Users Guide" einer bekannten Firma gelesen hab:

| As can be seen from the noise equation [...], total APD dark current | (and corresponding spectral noise current) is only meaningful when | specified at a given operating gain. Dark current at M=1 is dominated | by surface current, and may be significantly less than IDB x M. Since | APD dark and spectral noise current are a strong function of APD gain, | these should be specified at a stated responsivity level. An example | of a typically correct specification for diode dark current and noise | current, in this case for an InGaAs APD, is as follows: | | ID (R = 9.0A/W) = 10 nA (max), M ? 10 | iN (R = 6.0 A/W, 1 MHz, 1 Hz BW) = 0.8 pA/rtHz (max), M > 5

Hätten deren Datenblattschreiber das bloß selbst mal gelesen!

Gruß, Michael.

Michael Eggert schrieb:

Wie wahr. Es ist eine ganz merkwürdige und unverschämte Bevormundung der Kunden. Die werden offenbar eingeteilt in Hochenergiephysiker und Photometriker und Spektroskopiker. Und denen gibt man dann eine ausgewählte Teilmenge an Daten, offenbar nach dem Motto, mehr würde den jeweiligen Kunden nur verwirren resp. der würde die andern Daten gar nicht brauchen. Und implizieren dabei: würden die gar nicht kapieren. Zum Kot****. So kriegen die einen Daten über Pulslinearität und Kathodenempfindlichkeit ausgedrückt in Quanteneffizienz, die andern Daten in Anodenempfindlichkeit, am besten noch pro Lumen oder Lumen-blue, mit Hinweis auf irgend welche Corning Filter "polished to half stock thickness" oder so was, dafür keine Pulslinearitäten und kaum oder gar keine Timinginformationen. Immerhin hat mir ein Kollege, zwar juxeshalber aber eben trotzdem, so ein Filter mal beschafft. Nicht dass es zu was nütze wäre... Extrem hilfreich ist ja auch die Angabe des red/white Verhältnisses :-], Achtung, Toshiba und nicht Corning- Filter. Die Verstärkung der ersten Dynode kann man sich ja rasch und einfach überlegen aus der Angabe der Pulshöhenauflösung, wenn der Multiplier mit einem Tl:NaI Kristall (1/2" x 1", resp je nach Multiplier rund oder eckig etc.) beleuchtet wird, der seinerseits von einer 137Cs Quelle angeregt wird. Oder 22Na, je nach Multiplier, oder BaF2 Szintillator, oder BGO, je nachdem.

AAARGH. Burggraben 3x mindestens.

Haste UV Pulse und der Multiplier ist nicht im High energy physics Katalog, Pech gehabt, keine geeigneten Daten verfügbar.

Mann, das war ja noch bei Philips besser.

Immerhin: Wenn man hc/e oder so irgendwie verwurstelt, kommt die Magische Zahl 1.24 Watt-nanometer/milliampere raus. D.h. wenn die Kurve 100 mA/W Kathodenempfindlichkeit bei 500 nm angibt, entspricht das rund 25 % QE.

Manchmal sind die Daten/Kurven in einem der monatlichen Neuheitenflyer drin, aber im Katalog dann nicht mehr.

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mfg Rolf Bombach

Ist bei Laserdioden aehnlich, selbst bei dicken teuren. Das Datenblatt umfasst eine, wenn's hoch kommt zwei Seiten. Hauptsaechlich erfaehrt man darauf wo die Niederlassungen sind und deren Telefonnummern.

Wenn man Laserdioden volle Suppe pulst muss man wissen wieviel Energie man vorschiessen kann um die Kapazitaet aufzuladen. Ist eine Gratwanderung zwischen "Kavalierstart" und zerdepperter Cavity. Dazu muss man aber den Verlauf der Kapazitaet fuer den Bereich von 1V oder so bis zur Spannung im Arbeitspunkt wissen. Gibbet nich. Angerufen, hamwa nich. Grmpf.

Nun ist es aber nicht so dass im Nicht-Physikerbereich alles Gold ist was glaenzt. Regelmaessig kommt es vor dass es entweder keine SPICE Modelle fuer HF-Kram gibt oder ICs nur ab 50MHz aufwaerts spezifiziert sind. Erst nach laengerem hin und her kommt man an die IC Entwickler ran die einem dann sagen dass es praktisch bis Null runter geht. Aber das taete ja niemand und daher haette man dort nichts gemessen ... *^%!!

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Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/