Учебный эксперимент: зависимость свойств SiPM от напряжения смещения

Комплект оборудования:

 Цель эксперимента:

Изучить зависимость основных характеристик кремниевого фотоумножителя от напряжения смещения.
Измерить пороговое напряжение пробоя и определить оптимальную рабочую точку. Эксперимент требует использования источника LED, включённого в комплект установки.

Основа эксперимента:

Основные характеристики SiPM зависят от напряжения смещения, а точнее — от перенапряжения , то есть превышения напряжения над порогом пробоя.

Усиление  изменяется линейно с ростом перенапряжения.
Эффективность срабатывания — вероятность того, что носитель заряда вызовет лавинный пробой — увеличивается с перенапряжением до достижения значения насыщения. В результате повышается эффективность регистрации фотонов, но одновременно увеличиваются и стохастические шумы: тёмновые счёты , перекрёстные срабатывания  и последующие импульсы.

На практике шумовые события растут сверхлинейно, и для нахождения оптимальной рабочей точки необходимо определить подходящий показатель качества .

Если рассматривать способность SiPM различать число фотонов , напряжение смещения подбирается таким образом, чтобы оптимизировать разрешающую способность, то есть максимальное количество различимых фотонов.

Проведение эксперимента:

Установите один из сенсоров (SP5650C) на модуль SP5600 и подключите его аналоговый выход ко входу оцифровщика DT5720A. Оптически соедините светодиод и сенсор с помощью оптоволокна, предварительно нанеся оптическую контактную пасту на концы волокна.
Установите внутренний режим триггера на модуле SP5601 и подключите его выход триггера ко входу триггера (Trigger IN) модуля DT5720A. Подключите модули к ПК через USB и включите питание.
С помощью графического интерфейса LabView синхронизируйте интеграцию сигнала, и для каждого значения напряжения регистрируйте спектр фотонов и измеряйте тёмные счёты  и оптические перекрёстные срабатывания.
Измерение последующих импульсов  также возможно, но требует более продвинутых методов анализа.

Результаты эксперимента:

Как видно на иллюстрации, конец зависимости усиления от напряжения смещения чётко выражен, как и измерение напряжения пробоя, соответствующее значению, при котором усиление стремится к нулю.
Оптимальная рабочая точка определяется измерением разрешающей способности по пикам, соответствующим числу фотонов.

Зависимость тёмных счётов от напряжения смещения:

Усиление SiPM в зависимости от напряжения смещения:

Сканирование разрешающей способности R в зависимости от напряжения смещения: