發(fā)布時(shí)間：2021-12-23 06:23

　　隨著基礎(chǔ)科學(xué)的進(jìn)步和新科技的應(yīng)用,粒子探測(cè)技術(shù)作為一種研究粒子的基本手段之一,得到了蓬勃發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)、核技術(shù)、粒子物理及現(xiàn)代電子學(xué)的發(fā)展,粒子探測(cè)器也在不斷的變化發(fā)展。半導(dǎo)體探測(cè)器是目前最常見的探測(cè)器之一。隨著探測(cè)性能的進(jìn)一步改善與價(jià)格逐漸變得親民,硅光電倍增管（Silicon Photomultiplier,SiPM）是目前應(yīng)用于高能物理及核物理領(lǐng)域最廣泛的半導(dǎo)體探測(cè)器之一。由于制造工藝的限制,SiPM具有個(gè)體性差異。因此在大規(guī)模應(yīng)用SiPM時(shí),通常要求對(duì)每個(gè)SiPM進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)試,以得到它們各自的性能參數(shù)信息,篩選出性能參數(shù)不達(dá)標(biāo)的元件,從而利用性能合格的SiPM構(gòu)造大面積的探測(cè)器陣列。但是當(dāng)前國(guó)內(nèi)用于測(cè)試SiPM設(shè)備主要面向單路測(cè)試,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,測(cè)試效率低,人工參與的程度高,無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速有效的自動(dòng)化測(cè)試,導(dǎo)致測(cè)試單個(gè)SiPM花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng),也難以有效的擴(kuò)展成多通道測(cè)試裝置,因此難以克服批量測(cè)試SiPM遇到的困難,從而制約了SiPM的大規(guī)模應(yīng)用。本文基于全波形采樣方法,聯(lián)合合作單位開發(fā)了新的光源驅(qū)動(dòng)板與電源驅(qū)動(dòng)模塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)SiPM的性能測(cè)試系統(tǒng)中的光源系統(tǒng)與電源系統(tǒng),并與讀... 

【文章來(lái)源】：北方工業(yè)大學(xué)北京市

【文章頁(yè)數(shù)】：82 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

SiPM原理

第一章緒論51.2SiPM的大批量使用現(xiàn)狀經(jīng)過(guò)幾十年的研究和發(fā)展，SiPM的技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，其缺點(diǎn)得到了一定程度的改善。研究人員不僅對(duì)其性能進(jìn)行了深入廣泛的研究，并且開始嘗試將其大批量應(yīng)用在探測(cè)器設(shè)計(jì)中。根據(jù)正在處于預(yù)研階段的環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（CircularElectron-PositronCollider，CEPC）[18]的概念設(shè)計(jì)報(bào)告，其設(shè)計(jì)的塑閃-鎢取樣型電磁量能器約需要使用1100萬(wàn)路SiPM作為讀出器件，強(qiáng)子量能器方案中粗略估計(jì)需要使用6000萬(wàn)路的SiPM。國(guó)外目前正在處于預(yù)研階段的無(wú)中微子雙貝塔衰變實(shí)驗(yàn)nEXO實(shí)驗(yàn)打算采用面積多達(dá)4-5m2的SiPM陣列構(gòu)造探測(cè)器，讀出通道數(shù)目高達(dá)4萬(wàn)多路[19]。以上這些基于SiPM的應(yīng)用表明了使用SiPM構(gòu)建大面積探測(cè)器是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，這就必然需要對(duì)所使用的SiPM進(jìn)行大批量性能檢測(cè)。圖1-3環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)電磁量能器由于制造工藝的限制，SiPM具有個(gè)體性差異。因此在大規(guī)模應(yīng)用SiPM時(shí)，通常要求對(duì)每個(gè)SiPM進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)試，以得到它們各自的性能參數(shù)信息，篩選出性能參數(shù)不達(dá)標(biāo)的元件，從而利用性能合格的SiPM構(gòu)造大面積的探測(cè)器陣列。當(dāng)前國(guó)內(nèi)SiPM的測(cè)試方案大多面向少量SiPM的性能測(cè)試，不僅系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，搭建成本高，人工參與的程度高，同時(shí)難以有效快速的擴(kuò)展成多通道測(cè)試裝置。以上特點(diǎn)決定了測(cè)試多路SiPM花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，測(cè)試效率低，難以克服批量測(cè)試SiPM遇到的困難，無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速有效的自動(dòng)化測(cè)試，從而制約了SiPM的大規(guī)模應(yīng)用。因此非常需要一種可以快速高效地針對(duì)SiPM進(jìn)行大批量性能檢驗(yàn)的新測(cè)試方案。

第一章緒論7圖1-4VME-NIM測(cè)試系統(tǒng)實(shí)物（左）與結(jié)構(gòu)組成全波形采樣測(cè)試系統(tǒng)SiPM的波形信號(hào)包含了豐富的物理信息，可以從信號(hào)中獲得SiPM的電荷、時(shí)間、振幅和計(jì)數(shù)等性能參數(shù)。研究人員可以通過(guò)采用基于高速波形采樣的方法記錄包含的波形的測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)，通過(guò)在線或者離線分析提取有關(guān)數(shù)據(jù)后通過(guò)計(jì)算或者擬合得到結(jié)果。桌面式數(shù)字化儀（DesktopDigitizer，DT）是由意大利CAEN公司生產(chǎn)的一類快速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（FlashAnalog-to-DigitalConverter，F(xiàn)ADC）。目前實(shí)驗(yàn)室使用的型號(hào)包括4通道的DT5751[25]以及16通道的DT5742[26]�；贒T的測(cè)試系統(tǒng)不需要輔助插件，觸發(fā)信號(hào)支持面板輸入（外部觸發(fā)）及軟件產(chǎn)生（自觸發(fā)）兩種模式，使得其測(cè)試范圍覆蓋面更加廣泛，設(shè)備的采樣率與帶寬決定保存波形的精度與速度。DT本身較小巧的體積使之具有良好的便攜性，同時(shí)其支持多個(gè)波形數(shù)字化儀內(nèi)部時(shí)鐘同步及與公共時(shí)鐘源同步的功能使得其用于批量測(cè)試成為可能。但由于其存儲(chǔ)波形的邏輯，采樣寬度會(huì)直接影響單個(gè)波形的存儲(chǔ)時(shí)間并產(chǎn)生死時(shí)間，同時(shí)與PC連接的采用的USBB-Type接口的傳輸速率上限也導(dǎo)致DT在高計(jì)數(shù)率場(chǎng)合中可能出現(xiàn)丟數(shù)現(xiàn)象，如何在應(yīng)用DT時(shí)確保其不受影響是在應(yīng)用時(shí)需要考慮的問(wèn)題。除DT外，隨著技術(shù)進(jìn)步，新型的數(shù)字示波器內(nèi)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換器也可以完成在高精度顯示被測(cè)信號(hào)的同時(shí)，通過(guò)前面板操作對(duì)捕獲的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算并存儲(chǔ)。圖1-5DT5751與其測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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[7]SiPM光子探測(cè)性能分析及高精度多光子探測(cè)研究[D]. 陳義拴.陜西師范大學(xué) 2016
[8]基于溫度補(bǔ)償?shù)亩嗤ǖ繫PPC增益穩(wěn)定性及一致性研究[D]. 方燦.廣西大學(xué) 2015
[9]基于SiPM的高速多光子檢測(cè)系統(tǒng)研究[D]. 張?zhí)扃?陜西師范大學(xué) 2015
[10]LHAASO-KM2A中光電倍增管的性能研究與批量測(cè)試[D]. 王旭.山東大學(xué) 2012



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