應(yīng)用指引：準(zhǔn)確捕捉亞納秒級(jí)光脈沖：BIM-780X高速探測(cè)器

—2GHz帶寬，200ps上升時(shí)間，助力調(diào)Q/鎖模激光器時(shí)頻域測(cè)試

前言

在激光技術(shù)、非線性光學(xué)、光電器件表征等領(lǐng)域，工程師和科研人員常常需要面對(duì)一個(gè)問題：如何準(zhǔn)確測(cè)量一個(gè)持續(xù)亞納秒甚至百皮秒的光脈沖？

無(wú)論是調(diào)Q激光器的巨脈沖輸出（1-100ns）、鎖模激光器的超短脈沖序列（~100ps），還是外調(diào)制連續(xù)波激光器的高速信號(hào)，精確捕獲光信號(hào)的時(shí)域波形，是評(píng)估器件性能、優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

要“看”清這些瞬態(tài)光信號(hào)，就需要一雙足夠“快”的眼睛——高速光電探測(cè)器。

博源光電BIM-780X系列高速探測(cè)器，提供高至2GHz帶寬、<200ps上升時(shí)間的測(cè)量能力，專為亞納秒至百皮秒級(jí)光脈沖測(cè)量設(shè)計(jì)。本文將從應(yīng)用需求出發(fā)，說(shuō)明選型要點(diǎn)及典型應(yīng)用場(chǎng)景。

一：BIM-780X系列高速探測(cè)器解決方案

1.1 產(chǎn)品定位

BIM-780X系列高速探測(cè)器，內(nèi)部集成了高響應(yīng)速度的PIN光電二極管，可根據(jù)探測(cè)波長(zhǎng)范圍選擇Si或InGaAs材料型號(hào)。二極管利用光伏效應(yīng)將光功率轉(zhuǎn)換為電流，通過(guò)50Ω終端連接至示波器可測(cè)量激光的脈沖寬度，連接至頻譜分析儀則可測(cè)量激光的頻率響應(yīng)。

該帶寬范圍主要面向以下超快激光測(cè)量與光電器件表征應(yīng)用：

主要特點(diǎn)：

■ 高速響應(yīng)：上升/下降時(shí)間<200ps，帶寬高至2GHz，專為納秒至百皮秒級(jí)脈沖測(cè)量設(shè)計(jì)

■ 內(nèi)置偏壓：內(nèi)置長(zhǎng)壽命紐扣電池構(gòu)成的偏壓電源，無(wú)需外接電源，即插即用

■ 小巧便攜：35×35×55mm尺寸，110g重量，可在緊湊光路中靈活布置

■ 光輸入方式：支持空間光輸入（-01/-02）或FC光纖接頭（-01F/-02F），可選配SMA905轉(zhuǎn)接頭

■ 安裝便捷：底部M4/8-32標(biāo)準(zhǔn)螺紋孔，可固定于支撐桿，方便在光學(xué)平臺(tái)上定位

1.2 關(guān)于“接受角”參數(shù)

接受角（Acceptance Angle）是指探測(cè)器能夠有效收集入射光的角度范圍。接受角的差異源于探測(cè)器材料及其芯片封裝設(shè)計(jì)的不同，是產(chǎn)品本身的光學(xué)特性。當(dāng)光束以大于接受角的方向入射時(shí)，探測(cè)器響應(yīng)靈敏度會(huì)明顯下降。此參數(shù)只有適用于空間光輸入，光纖輸入時(shí)光已約束在光纖內(nèi)，不受接受角影響。

接受角本身不直接影響脈寬測(cè)量結(jié)果（脈寬由探測(cè)器的上升/下降時(shí)間決定），但會(huì)影響信號(hào)收集效率——接受角過(guò)小時(shí)，需更精確的光路對(duì)準(zhǔn)，否則信噪比下降。

1.3 空間光輸入的使用方法（適用于-01/-02型號(hào)）：

使用BIM-780X探測(cè)器測(cè)量激光脈沖時(shí)，可采用三種不同的光輸入方式，均受上述接受角參數(shù)的限制：

1、散射光測(cè)量（SCATTER）：將激光束偏離探測(cè)器光敏面，只有通過(guò)被測(cè)表面對(duì)光的散射進(jìn)入探測(cè)器。此方法可避免強(qiáng)光直射導(dǎo)致飽和，適合高功率脈沖測(cè)量。

2、反射光/分光測(cè)量（REFLECTION / SPLITTER）：利用激光束經(jīng)被測(cè)表面反射后的部分光進(jìn)入探測(cè)器。此方法可避免反射光返回激光器影響其穩(wěn)定性，同時(shí)通過(guò)調(diào)整反射角度控制進(jìn)入探測(cè)器的光能量。

3、低功率直射（DIRECT AT LOW POWER）：直接將激光束對(duì)準(zhǔn)探測(cè)器光敏面中心。此方法簡(jiǎn)單直觀，但需嚴(yán)格控制光功率，避免超過(guò)飽和功率（≥10mW）造成探測(cè)器損傷。

關(guān)鍵要點(diǎn)：脈沖寬度測(cè)量關(guān)注的是信號(hào)在時(shí)域上的上升/下降特性，只需部分光信號(hào)即可完成測(cè)量，無(wú)需全部光進(jìn)入探測(cè)器。散射光測(cè)量和反射/分光測(cè)量正是這種部分光測(cè)量的典型方式，而低功率直射則適用于連續(xù)光或低功率脈沖的測(cè)量。

光纖輸入的使用方法（適用于-01F/-02F型號(hào)）：

    ■ 將光纖跳線的FC接頭直接連接至探測(cè)器的FC輸入接口即可

    ■ 無(wú)需光路對(duì)準(zhǔn)，即插即用

    ■ 可選配SMA905轉(zhuǎn)接頭，適配不同類型光纖接口

安裝固定：通過(guò)探測(cè)器底部的M4/8-32螺紋孔安裝至支撐桿（Post），再將支撐桿固定在光學(xué)平臺(tái)或支撐座上，便于光路對(duì)準(zhǔn)和位置調(diào)整。

1.4 產(chǎn)品系列選型指南

簡(jiǎn)要說(shuō)明：

● BIM-7801系列：適用于可見-近紅外光（380-1100nm）脈沖測(cè)量

● BIM-7803系列：適用于近紅外及短波紅外（900-1700nm）脈沖測(cè)量，如1064nm、1310nm、1550nm

1.5 關(guān)鍵規(guī)格參數(shù)詳解

1.6 使用注意事項(xiàng)

1、50Ω終端匹配：必須使用50Ω終端匹配，才能獲得正確的波形和標(biāo)稱帶寬。大多數(shù)示波器可在通道設(shè)置中選擇“50Ω”輸入阻抗；如無(wú)此選項(xiàng)，需外接50Ω穿通終端。

2、避免強(qiáng)光直射：雖然飽和功率≥10mW，但仍應(yīng)避免長(zhǎng)時(shí)間照射強(qiáng)激光，以免損傷探測(cè)器。

3、對(duì)準(zhǔn)光敏面中心：有效探測(cè)直徑只有0.1-0.2mm（BIM-7803為0.08mm），需確保光斑精確對(duì)準(zhǔn)探測(cè)器的有效探測(cè)區(qū)。

4、注意接受角限制：BIM-7803接受角為25°，需更精確的光路對(duì)準(zhǔn)；BIM-7801接受角45°，對(duì)準(zhǔn)要求相對(duì)寬松。

5、固定安裝：利用底部M4/8-32螺紋孔安裝至支撐桿，再將支撐桿固定在光學(xué)平臺(tái)上，可確保探測(cè)器位置穩(wěn)定、便于重復(fù)定位。

二：典型應(yīng)用場(chǎng)景

2.1 調(diào)Q激光器輸出監(jiān)測(cè)——脈沖寬度測(cè)量

調(diào)Q激光器產(chǎn)生納秒級(jí)巨脈沖（1-100ns），是激光打標(biāo)、切割、醫(yī)療等應(yīng)用的關(guān)鍵光源。精確測(cè)量脈沖寬度，是評(píng)估激光器性能和穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

測(cè)試方案：BIM-780X探測(cè)器 + 示波器（≥500MHz帶寬）

測(cè)量參數(shù)：脈沖寬度（FWHM）、上升時(shí)間、下降時(shí)間、峰值功率

選型建議：2GHz帶寬遠(yuǎn)優(yōu)于納秒級(jí)脈沖測(cè)量需求（只有需≥10MHz），BIM-780X可精確還原脈沖波形，無(wú)展寬誤差。

2.2 鎖模激光器輸出監(jiān)測(cè)—亞納秒脈沖測(cè)量

鎖模激光器產(chǎn)生皮秒至飛秒級(jí)超短脈沖，是超快光譜學(xué)、非線性光學(xué)研究的關(guān)鍵工具。BIM-780X系列可測(cè)量≥200ps的脈沖寬度。

測(cè)試方案：BIM-780X探測(cè)器 + 高速示波器（≥5GHz）

測(cè)量參數(shù)：脈沖寬度、重復(fù)頻率、脈沖序列穩(wěn)定性

應(yīng)用邊界說(shuō)明：對(duì)于<200ps的超短脈沖，BIM-780X的測(cè)量結(jié)果會(huì)被探測(cè)器上升時(shí)間“展寬”，無(wú)法反映真實(shí)脈寬。此時(shí)建議使用更高帶寬探測(cè)器（>10GHz）或自相關(guān)儀進(jìn)行精確測(cè)量。

2.3 光電器件時(shí)域及頻域響應(yīng)測(cè)量

在光探測(cè)器、調(diào)制器等光電器件的研發(fā)和生產(chǎn)中，頻率響應(yīng)和脈沖響應(yīng)是關(guān)鍵性能指標(biāo)。BIM-780X可作為參考標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)估帶寬≤2GHz的器件性能。

測(cè)試方案：

■ 時(shí)域：脈沖激光器 + BIM-780X + 示波器

■ 頻域：調(diào)制激光器 + BIM-780X + 頻譜分析儀

測(cè)量參數(shù)：器件上升時(shí)間、帶寬、增益平坦度

知識(shí)補(bǔ)充：頻譜分析儀與示波器的區(qū)別

■ 示波器：觀察信號(hào)隨時(shí)間的變化（時(shí)域），用于測(cè)量脈沖寬度、上升時(shí)間等

■ 頻譜分析儀：分析信號(hào)的頻率成分（頻域），用于測(cè)量頻率響應(yīng)、諧波失真、調(diào)制特性等

兩者在光電測(cè)量中相輔相成，BIM-780X系列可同時(shí)滿足兩種測(cè)試需求。

2.4 產(chǎn)品適用邊界總結(jié)

三：總結(jié)

博源光電BIM-780X系列高速探測(cè)器，集2GHz帶寬、<200ps上升時(shí)間、內(nèi)置偏壓、小巧便攜、接口豐富于一身，是調(diào)Q激光器、鎖模激光器（亞納秒級(jí)）、2.5Gbps及以下光通信信號(hào)等應(yīng)用的理想選擇。

關(guān)于博源光電Brolight

博源光電（Brolight）是香港科藝儀器旗下品牌，成立于2012年，總部位于杭州，是一家專注于科學(xué)教育儀器與光電子儀器研發(fā)、制造及銷售的國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)，已通過(guò)ISO9001:2015質(zhì)量體系認(rèn)證。依托科藝儀器四十余年的深厚積累，博源光電致力于為教育、科研與工業(yè)用戶提供品質(zhì)優(yōu)良的專業(yè)科學(xué)教育儀器裝置以及光電測(cè)試解決方案。