1550nm激光检测设备如何选？胶体量子点、硅光镀磷光层与InGaAs相机的详细对比

要回答同样检测1550nm激光的光束品质，如何在胶体量子点相机，镀磷光层硅光相机，InGaAs相机间权衡选择这样的问题，最简单的是把Ophir-Spiricon公司对应的3款常用常用相机的参数表做一个排列比较。

型号	SP301Q	SP403P	SP1203
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波长范围	400-1700nm	1440-1605nm	900-1700nm
有效感光尺寸	9.6×7.7mm	12.3*12.3mm	9.6×7.6mm
像素尺寸	15um x15um	2.74um x2.74um	15um x15um
适合检测的激光光斑尺寸范围	150um -7.7mm	600um -12.3mm	150um -7.4mm
像素数目	640×512	4512x4512	640×512
动态范围	55dB	约32dB	68dB
像素功率感应线性度	±2%	±5%	NA
像素感应一致度	±3%	NA	NA
束腰宽度检测准确度	±3%	±5%	NA
14-bit模式下满帧成像帧速	60 fps	11 fps	60 fps
曝光时间	10us-200ms	10us-400ms	10us-50ms
可适应光源模式	连续波,或脉冲
触发	硬件/软件触发入和触发出
可增配InGaAs触发用光电管	光电管产品号:SP90409
饱和光强	0.3mW/cm²	60mW/cm²	0.2uW/cm²
最小可检测光强	5nW/cm²	30uW/cm²	NA
相机标配中性衰减片损伤阈值	50W/cm²平均功率;1J/cm2 (<100ns激光脉冲）
相机外观尺寸	61mm x 61mm x 102mm	45mm x 45mm x 22.5mm	55mm x55mm x 78mm
相面沉入深度	12.5mm C口	4.5mm C口	12.5mm C口
工作模式	胶体量子点相机,全域快门	CMOS相机,全域快门	InGaAs相机,全域快门
工作温度	10℃ to 40℃
工作湿度	5% 到 90%(不冷凝)
数据接口型式	GigE	USB 3.0	GigE
软件操作系统	Windows 10 或 11(64位)
符合地方标准	CE,UKCA,China RoHS
订购产品号	BGP-GigE-SP301Q	BGP-USB3-SP403P	BGP-GigE-SP1203

1. 波长范围：

胶体量子点相机SP301Q波长范围最宽：400-1700nm,通用性*好

镀磷光层硅光相机SP403P波长范围最窄：1440-1605nm 明显是通讯波段专用机型

InGaAs相机SP1203是经典近红外相机波段覆盖：900-1700nm

如果追求适应面更广的话，显然胶体量子点相机SP301Q会胜出。此时提请读者注意，光谱范围宽是好处也会有缺点，因为客户的测试环境可能会有较强的环境光，此时相机的光谱响应范围越宽则相机采集的环境光本底越高。所以通常而言，采购胶体量子点相机SP301Q会增配一个可拆装的Long Pass长通滤光片（产品号SP98012)，将可见光波段的环境光尽量截止掉，提升NIR成像信噪比。进一步讨论，如果待测激光信号特别弱同时环境光特别强时，客户甚至可以考虑采购对应激光波长的带通滤光片，这就是所谓的Laser Clean-up Filter;其带宽通常在3-30nm不等，足以强烈的截止掉环境杂散光。

2. 有效感光尺寸与大光斑检测：

镀磷光层硅光相机SP403P：12.3*12.3mm 相对更大，可适合检测更大的激光光斑，靶面为正方形，相对更适合做激光光束分析。如果是诸如VCSEL,LED等大发散角，大光斑的场合，三种相机均可以考虑选择增配WB-I SWIR(Ophir产品号SP90605)，涵盖测试激光尺寸10-45mm范围

WB-I附件可以适配测试10到45mm的大光斑

3. 空间分辨率与小光斑检测：

截取表格来看，像素数目最多，像素尺寸最小的镀磷光层硅光相机SP403P反而不是有效空间分辨率最高的。SP403P最小适合检测激光直径是600um，而其他两款最小适合检测激光直径是150um；这个数值是怎么来的呢？我们知道，为了保障激光直径测量与计算的准确度，要求相机至少有每轴10个像素涵盖住待测激光的直径；那么胶体量子点相机SP301Q和InGaAs相机的15um像素尺寸乘10倍就是其相机最小适合检测激光直径150um了；而镀磷光层硅光相机SP403P在检测1.5mm以下直径的激光光斑时，其感光CMOS芯片上面镀的磷光层所自带的光晕现象就开始对测量结果产生干扰了。换而言之，因为磷光体发光的光晕现象，使得SP403P的最小适合检测激光直径是600um。

那么如果用户的待测激光光斑强烈聚焦后光斑小于150um或单个发光点的近场光斑本身就小如何解决呢？可以增购一个4x的激光扩束器(Ophir产品编码SPZ17022),则可将SP301Q/SP1203相机的最小适合检测激光直径减小到37.5um；而SP403P适合到150um；另外如果希望检测从单模光纤或者是激光二极管结发射的出射光的近场分布呢？可以考虑增加不等放大倍率的显微物镜做激光光斑的近场采样，同时请注意常规显微物镜的光谱优化范围只在可见光附近，而检测红外激光近场光斑时，显微物镜的适配范围也要选购达到待测激光的波长范围。

4. 动态范围是怎么来的：

就激光光束品质检测相机而言，其动态范围指的是成像芯片在某波长的饱和光强除以芯片工作时的本体噪声（如果以信噪比为1:1为最小可检测信号的标准，则此数值定义为最小可检测光强）；就三款相机做简单介绍，在1550nm处：

胶体量子点相机SP301Q饱和光强0.3mW/cm²；最小可检测光强5nW/cm²；上限高，下限低，使得相机的动态范围很高55dB；适合通用型多用途。

镀磷光层硅光相机SP403P饱和光强60mW/cm²上限很高；最小可检测光强30uW/cm²下限不够低；主要原因是因为镀磷光层的量子效率不高导致，缺点是导致动态范围约32dB不高（但是多数应用下都够用，因为此动态范围已经足以保证各项激光参数检测与计算的准确度）；优点是由于芯片饱和光强很高，多数情况下SP403P相机自带的中性衰减片就已经够用，可以用最经济便捷的方式达到测试目的。

InGaAs相机SP1203的饱和光强0.2uW/cm²；最小可检测光强未标注，相机动态范围非常高68dB；

这里面需要简单说明的是SP1203的的饱和光强较低，是0.2uW/cm²，建议用户要高度重视激光衰减环节，匹配此相机几乎一定需要增购诸如激光分束器等额外的衰减器附件。SP1203相机最小可检测光强在pW量级，SP1203高灵敏度低噪声是其相机动态范围非常高68dB的主要原因；需要说明的是在客户现场应用时如果要*致发挥这么高的动态范围，用户需要精益求精的考虑环境杂散光的隔绝与抑制（测试环境较难控制也是SP1203不标注最小可检测光强的原因，一定程度上避免使用者的错误期待）。

5. 像素功率感应线性度与像素感应一致度：

· 像素功率感应线性度指的是针对于一个像素考量，接收光功率辐射后其电信号输出的线性度

· 像素感应一致度指的是阵列式成像芯片上承受均匀光辐射时，考察所有像素电信号输出的一致度

从参数指标上观察胶体量子点相机SP301Q好于镀磷光层硅光相机SP403P；这些指标在InGaAs相机SP1203上并未标注，其原因是从相机制造工艺上看，InGaAs红外相机的制造工艺难度远高于硅基芯片的CMOS相机制造工艺，其像素感应一致度远差于硅基CMOS相机；解决的方式是SP1203相机出厂前会校准每一个像素的响应曲线，使用设备时自动调用校准数据，归一化掉不一致性的偏差。

综合评价：

· 胶体量子点相机SP301Q：光谱范围宽，动态范围大，线性度高，通用性好，且无需出口许可；是多数近红外激光光束品质分析应用的*选机型。

· 镀磷光层硅光相机SP403P：饱和光强上限高，光谱范围窄，只适合于1550nm附近波段的激光光束品质分析，可以利用最简洁的配置最经济有效的完成工作。

· InGaAs相机SP1203：动态范围很高，灵敏度很高，也正因此可用于军事用途，需要出口许可审批。用好此相机需要认真考量激光衰减与环境杂散光控制等细节。

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