Manuel d`utilisation Module de photodétection rapide
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1. D pr sente 3 connecteurs Le connecteur principal au format Mini DIN achemine les signaux d alimentation vers le module le signal de polarisation ainsi que le signal de mesure DC Les 2 autres connecteurs coaxiaux sont au format BNC Ils permettent de connecter un instrument de mesure aux sorties DC et AC 5 1 Connecteurs Mini DIN Le connecteur Mini DIN 7 broches permet d alimenter le module de pola riser la photodiode optionnel et d acc der au signal de mesure la sortie de l amplificateur de transimp dance Ch Freq 5 25 MHz Trig Free Ref Level Channel Power A 26 62 pY Ref Level 26 62 LU Attenuation 15 00 dB Auto Man Scale Div 10 00 dB Scale Type IL in Channel Power Power Spectral Density 79 86 pV 72 0000 MHz 56 47 nv Hz More Rates FIG 4 La mesure effectu e sans clairement indique une DS constante dans la bande 5004Hz 10M H2 La DS mesur e de 56nV Hz1 doit tre corrig e pour obtenir la DS en sortie de l tage AC en faisant DScorrige To sauve DS analyseur Le terme DSanalyseur Correspond au bruit de l analyseur seul mesur dans les m mes conditions Avec DSanatyseur 39nV1 et DSsotate 56nV Hz on obtient une DScorrige 40nV Hz1 au dessus des 35nV Hz1 pr vus par les calculs Ce bruit quivaut une NEP 50pW Hz Tension 200 400 600 800 Pi NV F1G 5 La saturation de la tension de sortie DC limite la puissance lumineu2. Manuel d utilisation MODULE DE PHOTOD TECTION RAPIDE Document MPDR MAN 0104 A Diffusion Date r vision Auteur Laboratoire Collisions Agr gats et R activit UMR5589 CNRS Universite Paul Sabatier 118 Rte de Narbonne 31062 Toulouse Cedex 04 T l 33 0 5 61 55 60 23 Fax 33 0 5 61 55 83 17 www irsamc ups tlse fr Interne Juin 2008 Gilles Bailly Table des mati res 1 Introduction 1 11 Objet Ms aaraa a ae d d a o a a ER ae Brie 1 LED ADITUSION ensa e a a EUR a a aa res aa A a BE a 1 13 Acfonymes aeaa 4 a a a NM En a a a a a RA 2 1 4 Documents LCAR relatifs MPDR 2 1 5 Documents non LCAR relatifs MPDR 2 2 Informations condens es 2 2 1 Vue ensemble 2 3 Description du circuit 2 3 1 Photod tecteur 4 3 2 Amplificateurs de transimp dance 4 3 3 R gulateuts iss ity due a igge dd dar a ao d eng de 4 4 Sp cifications d taill es 4 5 Connections 5 1 Connecteurs Mini DIN 6 Liste des tableaux 1 SD CIICAUIONSE 4 eanna e a lande e p ai ef of te 40 SU ED 5 Table des figures 1 Le module MPDR 3 2 Plan synoptique du module 3 3 Mesure de la r ponse impulsionnelle 6 4 Mesure de la densit spectrale de bruit en sortie 7 5 Mesure du domaine de lin arit la sortie DC 8 1 In
3. e sortie EQVAc EQVac Pi x Sa xX ZTac Atests effectu s sur carte MPDR IDT 0102 quip d une diode G8376 mont e sur une carte ATIPR BDonn es sur charge RC 509 CLa valeur min est calcul e partir de F 3dB 0 4 Trwrm pour une impulsion gaussienne La valeur max est obtenue partir de la mesure de la FFT du signal impulsionnel la fr quence de coupure est mesur e comme la valeur correspondant l affaiblissement de 6dB du spectre en puissance P Mesure effectu e l analyseur de spectre Agilent E4403B EValeur estim e pour une bande passante de mesure de 10M Hz TAB 1 Sp cifications d r mA L LON y Cl ALT PTT K o co s EREA R An x z s nt CLEA pe Ga COLE CA PCR ES ee loss sood L ji SOG ii 2 Measure Ptrise C2 P2widn C2 P3widn C2 P4fal C2 P5 min C2 PE value 6868 ns 8 229 ns 8229ns 36 3 mV status z w RA x 6 0 dB div 126 MHz div X2 1MHz WAX 124 ns 6 9 2008 12 40 20 PM FIG 3 En haut la r ponse impulsionnelle de la sortie AC du module obtenue partir d une implusion laser femtoseconde dans un domaine spectral autour de 800nm La largueur mi hauteur est Trwam 7 5ns permet de calculer une estimation de la bande passante 34B par F 3dB 04 Trwnm En bas la mesure du spectre de puissance de l impulsion donne F 34B 80M Hz fr quence qui correspond un affaiblissement de 6dB en puissance 5 Connections Le module MP
4. les diff rents amplis op et le circuit de polarisation 4 Sp cifications d taill es Param tre Symbole Conditions Min Typ Max Unit DIVERS longueur d onde nominale Ao 1064 nm puissance incidente P 0 0 3 mW sensibilit spectrale So A o 0 7 A W tension alimentation pos V Apos 7 5 8 V courant alimentation pos I Apos 30 mA tension alimentation neg V Arneg 7 5 8 V courant alimentation neg IAneg 30 mA SORTIE DC bande passante 3d B BPpc 30 kHz tension d calage VDpce P 0 0 5 mV r sistance de charge RCpc 2 kQ gain transimp dance ZTpc 10 kV A tension de sortie VSbc RCpc 2kQ 2 5 4 3 V puissance regime lin aire PLINpc 600 uW equation de sortie EQVpc EQVpc P x Sx x ZTpc SORTIE AC r sistance de sortie RSac 50 Q r sistance de charge RCac 50 Q capacit de charge CCac 3 nF tension de sortie VSac 1 5 V pp VSac 13 5 dBm gain transimp dance ZTac 1 12 kV A puissance qu de bruit NEPAc 45 pW VHz fr quence coupure haute FCHAc note 54 80 MHz largeur mi hauteur TFWHMAc impulsion laser fs 7 5 ns fr quence coupure basse FCB1c 30 kHz puissance regime lin aire PLINAc 300 EWpp ds courant bruit entr e DIBRE1c note 36 pA VHz ds tension bruit sortie DVBRS1c note 40 nV VHz puissance qu de bruit NEPAc note 50 pW VHz tension de bruit en sortie VBRSAc note 1 2 MVop VBRSAc note 200 UVRMS VBRSAc note 60 dBm puissance qu bruit sortie PBRS41c note 250 nWRrRmMs equation d
5. orties DC et AC de ATIP Un autre connecteur mini DIN alimente le module d livre la sortie DC de ATIP et permet de fournir une tension externe de polarisation de la photodiode Le boitier se pr sente sous la forme d un cylindre en aluminium peint en noir de dimensions DxH 65x35 mm Un trou filet M6 permet d adapter un pied de fixation Les signaux d entr e sont les alimentations 8V la tension de polarisation de la photodiode Les signaux de sortie sont la tension de sortie de l tage transimp dance DC la tension de sortie de l tage transimp dance AC 3 Description du circuit Les quelques indications sur le fonctionnement du circuit sont donn es dans le cas de Putilisation de la carte ATIPR Pour plus de d tails se r ferer aux FIG 1 Le module MPDR ATIPR board low noise high speed InGaAs PIN photodiode reverse bias voltage selector DC OUTPUT low noise Z amplifier AC OUTPUT low noise RF amplifier low noise regulators POWER SUPPLY EXTERNAL BIAS VOLTAGE F1G 2 Plan synoptique du module BNC CONNECTOR BNC CONNECTOR MINI DIN CONNECTOR sch mas lectroniques ATIPR section 1 4 qui d crivent pr cisement les am plificateurs de transimp dance faible bruit la connectique le circuit de polari sation de la photodiode et les r gulations de tensions 3 1 Photod tecteur Le photod tec
6. se mesurable 6004W Le gain est de 7V mW Mesure effectu e sur le module MPDR IDT 0102 n broche tiquette description 1 8V alimentation positive 2 AGND masse alimentation 3 8V alimentation n gative 4 BIAS tension de polarisation n gative 5 OUTPUT signal de mesure 6 AGND masse signal de mesure 7 r serv
7. teur utilis provient de la s rie G8376 de technlologie InGaAs PIN du fabricant Hamamatsu La diode retenue est le mod le G8376 03 qui est mont e dans un boitier herm tique m tallique TO18 Elle pr sente une surface active de diam tre 0 3mm La photo sensibilit est de 0 7A W 1064nm La bande passante 3dB peut atteindre 470MHz La polarisation de la photodiode est possible locale 0V ou 5V externe via le connecteur MINI DIN niveau de tension selon les sp cifications constructeur Pour les autres sp cifications se reporter la documentation constructeur section 1 5 3 2 Amplificateurs de transimp dance Deux bandes passantes sont distingu es par les amplificateurs La premi re allant de continu 30kHz est trait e par un amplificateur de transimp dance qui d livre la sortie DC Le gain est de 10 x 10 V A La seconde bande passante d marre 30 kHz pour s tendre 60 MHz Cette composante AC du courant de la photodiode est mesur e aux bornes d une r sistance de charge de 509 pour tre ensuite amplifi e par un gain de 22 4V V Un dernier tage se charge de compenser la perte de 6dB due la charge 50 Q et permet de piloter un c ble pr sentant jusqu 3 nF de capacit Le bruit en sortie donne une NEP 50pW VHz 3 3 R gulateurs La carte ATIP est aliment e en 8V via les entr es du connecteur MINI DIN La carte proc de en interne une r gulation de tensions 5V qui ali mentent
8. troduction 1 1 Objet Ce document est destin aux utilisateurs du Module de photod tection ra pide NB Les performances indiqu es sont relatives au module prototype de r f rence MPDR IDT 0102 1 2 Diffusion Ce manuel s adresse aux membres du laboratoire LCAR 1 3 Acronymes MPDR Module photod tection rapide ATIPR Amplificateur de transimp dance pour photodiode rapide NEP Noise equivalent power DS Densit spectrale 1 4 Documents LCAR relatifs MPDR ATIPR SCH 0100 A Sch mas lectroniques ATIPR ATIPR PCB 0099 A Circuit imprim ATIPR 1 5 Documents non LCAR relatifs MPDR Hamamatsu InGaAs Pin photodiode G8376 series New Focus Insights into high speed photodetectors Texas Instruments Noise analysis for high speed op amps 2 Informations condens es 2 1 Vue d ensemble MPDR est un module qui int gre une photodiode faible bruit large bande passante et 2 amplificateurs Ces derniers traitent ind pendament les compo santes DC et AC du courant collect par la photodiode rapide NB MPDR fixe seulement le type de connecteurs utilis s leurs brochages et les dimensions du boitier Il est donc possible d int grer diff rentes lectroniques de d tection selon le type d application Se r ferer la documentation de la carte le cas ch ant La carte mont e en standard est ATIPR section 1 4 L interfa age aux instrument de mesure se fait par deux connecteurs BNC qui permettent d acc der aux s
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