朗研光电超低噪声单光子计数器SPDSi-200应用领域

朗研光电推出的超低噪声单光子计数器SPDSi-200，定位于高灵敏光子检测与精密时间分析的前沿场景。该设备以硅SPAD为探测核心，结合低暗计数、窄时间分辨和高稳定性前端处理，满足实验室基础研究、量子光学测量和工业检测对单光子计数的苛刻要求。通过可选的时间标记模式与外部触发接口，SPDSi-200可以无缝接入现有实验平台，实现高吞吐、低噪声的光子计数与时间相关测量。

核心参数与规格

• 型号与结构：SPDSi-200，单通道超低噪声单光子计数模块，基于高性能Si-SPAD探测器阵列前端。
• 探测波段与PDE：探测范围覆盖400-900 nm，520-680 nm区间PDE约为55-60%，700 nm附近约40-45%（典型值，随温度与偏置略有变化）。
• 最大计数率：高达120 Mcps，适合高光强度下的计数与时间分辨分析。
• 暗计数率（DCR）：室温下通常≤0.2 cps，降温条件下可进一步降低，噪声极低的工作特性有助于提高信噪比。
• 时间分辨与时间标记：时间分辨率≤80 ps（FWHM），支持高精度时间标记模式，外部时钟输入与内部10 GHz时钟源选配，时间标签分辨率可实现20 ps级别的时间戳。
• 工作方式：提供事件计数模式与时间标记（Time-Tagging）模式，支持外部触发、连贯触发与自检触发，兼容多通道时间相关测量。
• 接口与数据传输：USB 3.0 与 PCIe Gen3 x4 双接口，便于实验室现有工作站与控制系统对接，实时数据流与离线数据导出均支持。
• 供电与环境：工作电压组合灵活，典型功耗6-8 W，工作温度-20°C至+40°C，具备可选的温控降温选项以进一步稳定噪声性能。
• 尺寸与结构：外形紧凑，约150 x 100 x 60 mm，重量在1.2 kg级别，便于在封闭系统或机箱内布置。
• 输出与兼容性：TTL/LVTTL脉冲输出、NIM级接口可选，驱动与数据接口支持常用实验软件（如LabVIEW、Python等）的驱动包与示例代码。
• 稳定性与寿命：模块化设计，具备热管理与自诊断功能，重复性测量结果稳定，长期运行可靠性高。

产品特点与技术要点

• 极低的暗计数特性：采用优化的前端放大与冲击抑制电路，降低背景光与热噪波对计数结果的干扰，显著提升极低光强下的探测灵敏度。
• 高时间分辨能力：通过精密时钟源和低抖动的时间谱分析单元，能够准确区分相近时间窗内的光子事件，适用于时间相关单光子计量与光子-光子干涉测量。
• 广谱的波长适用性：400-900 nm覆盖大多数生物光学、化学发光和材料研究的常用激发与发射波段，便于多色光谱实验设计。
• 强大的数据处理能力：内置时间标记缓存与高速数据通道，支持大规模时间戳数据的在线处理与离线分析，减少实验等待时间。
• 模式灵活性与集成度：可在单通道模式下实现高精度时间相关测量，也可扩展为多通道并行工作，以适配复杂实验装置和成像系统。
• 工业化与场景化应用友好：对光路耦合、温控稳定性、外部干扰屏蔽等工业场景要点进行优化，便于快速集成到检测线、生产线或者现场量测系统。

应用领域与场景化应用

• 实验室量子光学与量子态测量：利用低DCR和高时间分辨，执行单光子干涉、CHSH类实验及时间相关自相关/互相关测量，获得高信噪比的统计结果。
• 荧光寿命成像与光子计时光谱学：在荧光寿命研究、能级跃迁分析和时域荧光探针研究中，通过时间分辨能量转移与寿命成像实现高分辨率数据采集。
• 材料科学与化学动力学研究：对反应动力学、载流子注入与复合过程进行时间分辨分析，借助高吞吐与时间精度提升实验效率。
• 生物光子学与医疗诊断：在活细胞标记、荧光探针定量和分子成像领域，通过单光子计数提高低信号区的定量准确性。
• 工业检测与通信测试：用于光子级别的缺陷检测、脉冲激光特性表征以及光子计数在光通信系统中的时间接收端验证，提升生产监控的灵敏度与稳定性。

参数对照与选型要点（简表式要点）

• 探测波段：400-900 nm；PDE 在520-680 nm区间约55-60%，900 nm附近降低至40%左右。
• 最大计数率：120 Mcps，满足高强度脉冲光源下的实时统计需求。
• DCR：室温≤0.2 cps，若配合降温方案可进一步下降，适用于低光场测量。
• 时间分辨：≤80 ps，时间标签分辨可以达到20 ps级别，便于分辨短寿命过程。
• 界面与集成：USB 3.0 与 PCIe Gen3 x4，自动化测试脚本与自研软件对接友好。
• 热管理：可选温控降温，提升低噪声工作区的稳定性，降低环境温波动带来的影响。
• 尺寸与重量：紧凑机身，便于在隐藏式机箱、实验台或探头系统内布置。
• 输出格式：TTL/LVTTL输出与NIM选项，易于与现有DAQ和信号链路对接。
• 功耗与可靠性：低功耗设计，模块化结构，便于维护与更换部件，适合需要长期稳定运行的场景。

常见场景化FAQ

• 场景：在荧光寿命测量中，如何选择SPDSi-200的工作模式？ 回答：若目标为寿命常数提取，推荐时间标记模式以实现的时间分辨与事件时间戳对齐；若需要快速统计，则事件计数模式即可提供稳定的光子计数曲线，并可通过外部触发实现同步测量。

• 场景：如何与现有光路实现对接？ 回答：通过标准的光纤耦合接口及可选的光路适配块，SPDSi-200可与常见光路组件对接。数据输出可通过USB3.0或PCIe接口直接传输到控制电脑，配套驱动和样例代码可与LabVIEW、Python等开发环境无缝集成。

• 场景：需要在现场工况下使用，是否有防护设计？ 回答：模块化外壳具备电磁兼容与热/光遮蔽设计，若在高背景光环境中工作，建议搭配遮光罩及外部冷却/控温方案，以确保DCR稳定。

• 场景：如何进行性能验证与标定？ 回答：建议以标准单光子源进行暗计数测试、波长扫描以及时间分辨校准，记录PDE随波长与温度的变化曲线，结合时间标记模式输出的时间分布，形成完整的性能验证报告。

• 场景：是否提供定制化解决方案？ 回答：提供基于SPDSi-200的定制化接口、外部触发拓扑、数据格式及驱动库的定制化开发服务，以满足个别研究或生产线的专门需求。

• 场景：日常维护与寿命管理有哪些要点？ 回答：建议定期检查探测器温控状态、清洁光学接口、更新驱动与固件，并在长时间高强度工作后做噪声基线的再标定，确保计数稳定性与重复性。

• 场景：能否用于多通道扩展？ 回答：SPDSi-200具备多通道扩展能力，可通过多台设备并联实现并行测量，但需要在数据采集系统层面做时间对齐与资源分配。

总结 SPDSi-200以超低噪声、极高时间分辨率和灵活的测量模式，成为实验室研究、量子光学以及工业检测领域的可靠光子计数解决方案。它在保持高灵敏度的提供可观的吞吐能力和易于集成的接口，能够满足从基础研究到现场量测的全链路需求。通过详尽的参数与场景化应用说明，研究人员与工程师可以快速评估SPDSi-200在具体实验方案中的价值，进而实现更高的实验效率与数据质量。