什么是 MPPC (SiPM)? | 多像素光子计数器 (MPPC/SiPM)

什么是多像素光子计数器?

MPPC 是多像素光子计数器的缩写,这种探测器也称为硅光电倍增器 (SiPM)。它是一种固态光电检测器,使用在盖革模式下运行的多个雪崩光电二极管 (APD) 像素。更多详细信息和不同光电检测器的比较如下。

s_Camera_oem_xx

结构

SPAD 和 MPPC 的结构如下所示。
SPAD 配置有一个像素,其中盖革模式 APD 和粹灭阻抗结合为一组。MPPC 配置有多个像素,其中排列多个上述 SPAD 并采用并联电气连接。

结构

MPPC 光子计数图像

基本操作

MPPC 中的每个像素会在检测到光子时输出相同振幅的脉冲。会输出由多个像素产生的脉冲,同时彼此叠加。例如,如果三个光子入射到不同像素上并且被同时检测到,则 MPPC 输出振幅等于三个叠加脉冲的高度的信号。每个像素仅输出一个脉冲,这不会随入射光子数而变化。因此,无论一个光子还是两个或两个以上光子同时进入某个像素,输出脉冲的数量始终为一个。这意味着,当更多光子入射到 MPPC 上时(例如当两个或两个以上光子进入一个像素时),MPPC 输出线性度变差。因此,选择具有足够像素以匹配入射光子数的 MPPC 变得至关重要。以下两种方法用于估计 MPPC 检测到的光子数。

(1) 观察脉冲

当光在特定时间进入 MPPC 时,其输出脉冲高度会根据检测到的光子数量而变化。该图显示了在光子计数水平下用脉冲光照射 MPPC,然后用线性放大器放大并在示波器上观察时,从 MPPC 获得的输出脉冲。从图中可以看出,根据检测到的光子数量(例如一个、二个、三个光子等)将脉冲彼此分离。通过测量每个脉冲的高度,可估计检测到的光子数量。

 

使用线性放大器时的脉冲波形

(2) 集成输出电荷

可通过使用电荷放大器或类似装置测量 MPPC 输出电荷来估计在特定时段期间检测到的光子数目分布情况。图中显示了通过区分累积电荷量所获得的分布情况。左起每个峰对应于基座、一个光子、两个光子、三个光子等。由于 MPPC 的高增益足以产生大量输出电荷,因此分布可以根据检测到的光子数量显示分立峰。

使用电荷放大器时的脉冲高度频谱

如何使用

取决于工作电压和环境温度,MPPC 的特性千差万别。通常,提高工作电压会增加 MPPC 内部的电场,从而改善增益、光子检测效率和时间分辨率。另一方面,这也增加了不希望出现的组成部分,例如暗计数、后脉冲和串扰,从而降低 S/N。必须仔细设置工作电压,以获得所需的特性。

可根据用途通过各种方法使用 MPPC。在这里,我们介绍一种观察脉冲光的典型方法。使用宽频带放大器和示波器可简化测量。图中显示了与宽频带放大器的连接示例。电源部分上的 1 kΩ 电阻和 0.1 μF 电容器用作低通滤波器,可消除电源的高频噪声。1 kΩ 电阻也是防止电流过大的保护电阻。

然而,MPPC 本身是弱光线探测器,在大量光进入 MPPC 的情况下(例如当其耦合到闪烁体以检测辐射时),大电流会流入 MPPC。这可能导致保护电阻两端出现显著的电压降,因此必须根据用途仔细选择保护电阻的阻值。放大器应尽可能靠近 MPPC 进行连接。

特性

 

  PD APD MPPC PMT
增益率 1 102 至 106 至 107
量子效率 最高
工作电压 5 V 100 至 500 V 30 至 60 V 800 至 1000 V
大面积
多通道
且间隙窄
读出电路 复杂 复杂 简单 简单
噪声 中等 中等
均匀性 优秀 良好 优秀 良好
能量分辨率
温度灵敏度
环境光抗扰度
磁阻
紧凑和重量

请联系我们获取更多信息。

  • 资料索取
  • 价格咨询
  • 产品货期
  • 产品定制
  • 技术支持
  • 其他

联系我们