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DectorBD-2022单光子探测器测量系统

DetectorBD-2022是自主研发设计的多功能单光子探测器测量系统，集成计数器、高精度时间测量、高速脉冲光源、高速射频驱动、可调光衰减器、探测器电源等多个功能。系统界面操作简单，功能全面。支持无上位机工作模式，可以在界面上设置脉冲光源频率、光源强度、脉冲宽度、衰减强度等参数，同时在显示界面上显示通道计数值。配合上位机，可以通过网口设置脉冲光源频率、光源强度、脉冲宽度、衰减强度等参数，同时接收和处理时间测量数据。

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DectorBD-2022单光子探测器测量系统

系统介绍

DetectorBD-2022 是自主研发设计的多功能单光子探测器测量系统，集成计数器、高精度时间测量、高速脉冲光源、高速射频驱动、可调光衰减器、探测器电源等多个功能。系统界面操作简单，功能全面，如下图所示，

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图1. 单光子探测器测量系统界面功能

支持无上位机工作模式，可以在界面上设置脉冲光源频率、光源强度、脉冲宽度、衰减强度等参数，同时在显示界面上显示通道计数值。

配合上位机，可以通过网口设置脉冲光源频率、光源强度、脉冲宽度、衰减强度等参数，同时接收和处理时间测量数据。

系统特点

1) 自主研发设计，替代Harp400、TimeTagger等国外产品；

2) 可以不需要上位机而独立运行的系统，功能可扩展；

3) 6通道计数器和时间测量通道，可以指定参考测量通道；

4) 6通道计数器最大计数率50MHz，时间测量精度 RMS 8.5ps；

5) 通道皮秒脉冲光源，半高宽度50ps，频率1Hz到1GHz配置；

6) 2通道皮秒脉冲射频驱动输出，频率最高10GHz，最大功率35dBm；

7) 通道内置参考单光子探测器，提供效率参考；

8) 通道内置可调衰减器，可以接收外部光源输入，动态衰减后输出；

9) 通道电源，支持5V/3A，12V/3A两种电压输出，满足常规单光子探测器供电需求；

10) 支持千兆网、UART串口、USB3.0等多种接口。

产品优势

目前 DectorBD-2022性能指标上达到了国外主流产品的水平，具备更完善的功能和价格优势。目前常见的TDC主要有德国PicoQuant公司的 HydraHarp 400，德国Swabian Instruments的 Time Tagger Ultra，性能参数比较如下，

序号	参数指标	DectorBD-2022	HydraHarp 400	Time Tagger Ultra
	时间精度	8.5	8.5	8	ps,RMS
	通道数目	6	4	8
	射频输出	2	无	无
	脉冲光源	50ps脉冲光源	无	无
	单光子探测器	有	无	无
	上位机	有	有	无
	显示界面	有	无	无
	价格	Na	Na	Na

1）德国PicoQuant公司的HydraHarp 400，参数如下表，

2）德国Swabian Instruments的Time Tagger Ultra，参数如下表，

应用领域

1) 时间符合测量；

2) 单光子探测器开发；

3) 单光子探测器标定；

4) 大气信道模拟；

5) 荧光寿命分析；

6) 飞行时间测量；

7) 量子光学。

规格参数

表1. DetectorBD-2022性能规格参数

序号	参数项目	最小值	典型值	最大值		单位		备注说明
	脉冲光源
	波长		850				nm
	宽度		70				ps		光脉冲半高宽
	频率	0.001	1		5000		MHz
	时间测量/计数器系统
	输入电压	-5	2		5		V		甄别阈值可设置
	输入阻抗		50				Ω		可以根据需要做匹配
	脉冲宽度		20				ns		输入脉冲宽度
	时间分辨率		1				ps		测量时间分辨率
	时间精度		8.5				ps		RMS,FWHM约20ps
	计数速率	0.1	12.5		15		MHz
	TDC速率	0.1	12.5		15		MHz
	测量通道		6						最多6个输入
	参考通道		1						可以选择内部或者外部
	射频驱动系统
	输出带宽		1				GHz
	脉冲宽度		800				ps		更宽的可以按照需求定制
	通道数量		2
	射频功率		30				dBm
	可调衰减（可选）
	衰减范围	0	20		30		dB
	最大带宽		100				kHz
	参考探测器（可选）
	探测波长	350		1100		nm
	探测效率		60			%		@800nm
	时间分辨率		350			ps
	暗计数率		250			cps		可以按照需求定制
	接口		FC					最大105um多模
	电源系统
	输出电压	5	5	12		V
	输出电流		3			A

使用场景

DetectorBD-2022是多功能单光子探测器测试系统，内部集成皮秒脉冲光源、多通道计数器功能、时间测量功能等功能的。系统带独立显示屏和操作按钮，可以在无上位机的情况下操作使用，设置脉冲光源参数、射频信号参数及可调衰减等功能；也可以通过千兆网、串口、USB3.0连接上位机，进行参数设置及存储时间测量数据等高级功能。DetectorBD-2022既可以作为脉冲光源、时间测量系统、计数器系统、高速射频脉冲驱动系统、电调衰减系统、单光子探测器系统及电源系统等7个子系统单独使用，也可以选择几个子系统配合组建需要的测试平台。

典型的单光子探测器测试系统如下图所示，包括TDC、计数器、脉冲光源、光衰减器、电源、上位机及被测探测器等几个部分。一般TDC具备计数器功能，单计数器无时间测量功能。脉冲光源目前有皮秒脉冲光源，光脉冲半高宽在50ps左右，一般的硅APD单光子探测器和铟镓砷APD单光子探测器时间精度在200-500ps左右，皮秒脉冲激光器就足够了，皮秒脉冲激光器具备电同步信号，可以直接接入TDC。对于高精度的单光子探测器，如IDQ、MPD的50um单光子探测器，时间分辨率在50ps左右，建议使用飞秒的脉冲光源，光脉冲半高宽在1ps左右。