硅光电倍增器在剂量测量中的应用现状与前景 被引量：6

1

作者 陈法国 韩毅 +1 位作者 于伟跃 沈华亚 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2016年第1期82-86,共5页

本文介绍了最近发展的新型硅光电倍增器(SiPM)在剂量测量中的应用现状和前景,分析了其暗计数率高(室温下0.1~10 MHz/mm^2)、对温度敏感、动态范围有限(通常只有2~3个量级)等问题。基于体积小、工作电压低、对磁场不敏感、增益高等特点,... 本文介绍了最近发展的新型硅光电倍增器(SiPM)在剂量测量中的应用现状和前景,分析了其暗计数率高(室温下0.1~10 MHz/mm^2)、对温度敏感、动态范围有限(通常只有2~3个量级)等问题。基于体积小、工作电压低、对磁场不敏感、增益高等特点,硅光电倍增器很适合代替传统的光电倍增管用于便携式剂量仪表。目前,利用脉冲幅度甄别、温度漂移实时修正的方法,可以有效地降低暗计数率高、温度敏感性的影响;但是,即便采用了符合测量、组合探测器等方法,测量范围仍然是限制SiPM在剂量测量应用的主要问题。 展开更多

关键词 硅光电倍增器 剂量测量 温度特性 辐照效应

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PET应用中的硅光电倍增器研究 被引量：7

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作者 陈宗德 王玥 +4 位作者 李晨晖 陈文飞 杨茹 梁琨 韩德俊 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第S1期650-654,共5页

本文介绍了硅光电倍增器(SiPM)研制所取得的最新进展及PET应用中SiPM的研究现状。新器件实验室(NDL)制造出光敏面积为2.2mm×2.2mm的SiPM器件,并将SiPM与2mm×2mm×10mm的LYSO晶体耦合,实验结果显示,器件探测FDG 511keV光... 本文介绍了硅光电倍增器(SiPM)研制所取得的最新进展及PET应用中SiPM的研究现状。新器件实验室(NDL)制造出光敏面积为2.2mm×2.2mm的SiPM器件,并将SiPM与2mm×2mm×10mm的LYSO晶体耦合,实验结果显示,器件探测FDG 511keV光子的能量分辨率达12.83%,符合时间分辨率达564ps。 展开更多

关键词 硅光电倍增器 PET 时间分辨率 能量分辨率

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大动态范围外延电阻淬灭型硅光电倍增器 被引量：8

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作者 刘红敏 龙金燕 +4 位作者 代雷 张鑫淦 梁琨 杨茹 韩德俊 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期535-541,共7页

外延电阻淬灭型硅光电倍增器(EQR SiPM)的特点是利用硅衬底外延层来制作器件淬灭电阻。为了进一步提高大动态范围EQR SiPM的光子探测效率,并且解决填充因子较低和增益较小等问题,在前期研究工作的基础上研制出微单元尺寸分别为15μm和7... 外延电阻淬灭型硅光电倍增器(EQR SiPM)的特点是利用硅衬底外延层来制作器件淬灭电阻。为了进一步提高大动态范围EQR SiPM的光子探测效率,并且解决填充因子较低和增益较小等问题,在前期研究工作的基础上研制出微单元尺寸分别为15μm和7μm的EQR SiPM,有源区面积均是1 mm×1 mm。通过改变EQR SiPM的微单元尺寸优化填充因子,有效提高了探测效率与增益;其微单元密度分别是4400个/mm 2和23200个/mm 2,依然保持着较大的动态范围。室温条件下(20℃),工作在5 V过偏压的EQR SiPM至少可分辨13个光电子;15μm和7μm EQR SiPM的增益分别为5.1×105和1.1×105,在400 nm波长下的峰值光探测效率分别达到40%和34%。 展开更多

关键词 硅光电倍增器 外延淬灭电阻 单光子 高探测效率 高增益 大动态范围

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外延电阻淬灭型硅光电倍增器的最新研究进展 被引量：2

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作者 张琳 谢港 +4 位作者 刘宇霄 张慧霞 梁琨 杨茹 韩德俊 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第7期339-345,共7页

北京师范大学新器件实验室(NDL)一直致力于研制结构紧凑、工艺相对简单的外延电阻淬灭型硅光电倍增器(silicon photomultiplier with epitaxial quenching resistor,EQR SiPM)。近期为了满足硅光电倍增器(silicon photomultiplier,SiPM... 北京师范大学新器件实验室(NDL)一直致力于研制结构紧凑、工艺相对简单的外延电阻淬灭型硅光电倍增器(silicon photomultiplier with epitaxial quenching resistor,EQR SiPM)。近期为了满足硅光电倍增器(silicon photomultiplier,SiPM)在核医学成像方面的需要,NDL通过优化器件设计和制作工艺,成功研制出微单元尺寸为15μm、有效面积为9 mm~2的EQR SiPM。相较以往同类型器件,实现了器件暗计数率(dark count rate,DCR)的进一步降低同时保持了较高的光子探测效率(photon detection efficiency,PDE),在环境温度为20℃、过偏压为7 V时,DCR的典型值为226 kHz/mm~2、峰值PDE为46%。另外,为了进一步提升EQR SiPM的动态范围,NDL还研制出微单元尺寸为6μm、有效面积为9 mm~2、微单元数目为244720的EQR SiPM,在环境温度为20℃、过偏压为7 V时,DCR的典型值为240 kHz/mm~2、峰值PDE为28%,其较大的动态范围特别适合高能宇宙射线的测量、强子量能器等应用。 展开更多

关键词 硅光电倍增器 外延淬灭电阻 光子探测效率 暗计数率 动态范围

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高密度外延电阻淬灭硅光电倍增器研究 被引量：1

5

作者 贾建权 江加丽 +4 位作者 李佰成 王瑞恒 梁琨 杨茹 韩德俊 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期68-74,共7页

针对表面淬灭电阻技术引起死区面积较大,以及高光子探测效率与大动态范围不能同时满足的矛盾,应用外延电阻淬灭技术,采用与雪崩光电二极管微单元相连的衬底外延层硅材料制作了淬灭电阻.研制成功的外延电阻淬灭硅光电倍增器的有源区面积... 针对表面淬灭电阻技术引起死区面积较大,以及高光子探测效率与大动态范围不能同时满足的矛盾,应用外延电阻淬灭技术,采用与雪崩光电二极管微单元相连的衬底外延层硅材料制作了淬灭电阻.研制成功的外延电阻淬灭硅光电倍增器的有源区面积为1×1mm^2,微单元尺寸为7μm,微单元密度高达21 488个/mm^2,测试结果表明:漏电流为10量级,反向击穿电压为24.5V,过偏压为2.5V时,增益达1.4×10~5,室温下暗计数率约为600kHz/mm^2,串话率低于10%,说明该器件具有良好的光子计数特性.该高密度硅光电倍增器测量的动态范围是1.8×10~4个/mm,光子探测效率为16%(@λ_(peak)=480nm),恢复时间为8.5ns,单光子分辨能力较高,并且在液氮温度环境能够探测光子,这对于拓展硅光电倍增器在极低温度条件下的应用,比如暗物质测量实验方面具有潜力. 展开更多

关键词 光子探测器 硅光电倍增器 外延电阻淬灭 动态范围 光子探测效率

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硅光电倍增器剂量仪剂量线性测量及修正 被引量：1

6

作者 廖龙文 王立强 +1 位作者 郑健 邢桂来 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2018年第3期330-334,共5页

针对γ射线剂量增大时,硅光电倍增器(Si PM)剂量仪线性变差这一问题,利用实验数据拟合出Si PM剂量仪死时间,通过对计数率修正从而改善其用于γ射线剂量测量的剂量线性。实验结果表明,经过计数率修正的Si PM剂量仪不仅对其剂量上限处剂... 针对γ射线剂量增大时,硅光电倍增器(Si PM)剂量仪线性变差这一问题,利用实验数据拟合出Si PM剂量仪死时间,通过对计数率修正从而改善其用于γ射线剂量测量的剂量线性。实验结果表明,经过计数率修正的Si PM剂量仪不仅对其剂量上限处剂量线性得到较大改善,同时对测量不同能量γ射线源的剂量线性也得到较大改善,相对误差均由20%多减小到1%左右,可以更准确地测量辐射场中γ射线剂量。 展开更多

关键词 硅光电倍增器 剂量线性 平方反比 死时间

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大尺寸BGO-SiPM探测器温度效应及能量分辨研究

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作者 宋路洋 苏俊 +12 位作者 张立勇 陈俊锋 刘峰成 覃之巍 盛耀德 江信之 陈鑫 林棽 黄羿彤 王琳 谌阳平 金仕纶 卢飞 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第2期257-264,共8页

大型闪烁体γ探测阵列在核物理和核天体物理等领域的实验研究中发挥着重要作用。传统的光电倍增管(PMT)体积较大,对设计带来了诸多限制,进而影响阵列的效率、紧凑性和颗粒度等关键性能指标的提升,可采用体积更小的硅光电倍增器(SiPM)作... 大型闪烁体γ探测阵列在核物理和核天体物理等领域的实验研究中发挥着重要作用。传统的光电倍增管(PMT)体积较大,对设计带来了诸多限制,进而影响阵列的效率、紧凑性和颗粒度等关键性能指标的提升,可采用体积更小的硅光电倍增器(SiPM)作为替代方案。然而,与PMT相比,SiPM的性能对温度的敏感性更显著,这一效应和闪烁体自身的温度效应相互叠加,进一步增加了探测器的使用复杂性。本工作将6 cm×6 cm×12 cm的大尺寸锗酸铋(BGO)闪烁体和8×8通道的SiPM阵列耦合形成BGO-SiPM探测器,并对其在不同温度下的工作条件进行了测试,确定了其最佳工作电压,得到了最佳能量分辨率。同时,还采用PMT对同一BGO闪烁体进行读出(BGO-PMT探测器)并在相同温度下进行了对比测量。实验结果显示,当温度高于20℃时,SiPM迅速上升的暗电流会导致探测器能量分辨变差;20℃以下,BGO-SiPM和BGO-PMT探测器性能接近,但BGO-SiPM探测器的能量分辨率随温度降低的提升速度略优于BGO-PMT探测器,这主要归因于SiPM暗电流随温度降低而减小。此外,本工作还研究了20℃附近BGO-SiPM探测器峰道址随温度的变化关系。研究表明,大尺寸BGO-SiPM探测器性能相较BGO-PMT探测器具有一定的优势,但峰道址的温度敏感性更强,为SiPM在BGO探测阵列的应用提供重要参考。 展开更多

关键词 γ探测阵列 硅光电倍增器 锗酸铋闪烁体 温度效应 击穿电压 能量分辨率

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利用多像素光子计数器的光学串话效应提高光子探测效率 被引量：1

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作者 刘丽娜 张国青 《中国光学》 EI CAS CSCD 2015年第2期205-210,共6页

通过分析多像素光子计数器(MPPC)的工作原理和其光学串话(OC)效应的特点,提出在使用MPPC输出雪崩信号的幅度或电荷量作为光子计数的参量时,利用MPPC的OC效应能提高MPPC的光子探测效率的观点,并从理论上分析了OC效应对光子探测效率的影... 通过分析多像素光子计数器(MPPC)的工作原理和其光学串话(OC)效应的特点,提出在使用MPPC输出雪崩信号的幅度或电荷量作为光子计数的参量时,利用MPPC的OC效应能提高MPPC的光子探测效率的观点,并从理论上分析了OC效应对光子探测效率的影响。理论分析结果显示,在这两种光子计数模式下,利用OC效应能明显提高MPPC的光子探测效率。利用本文模型计算得出当MPPC的雪崩单元数M为1 600个,忽略OC效应时的光子探测效率等于30%,光学串话概率等于50%,以及单脉冲入射光子数均值为10时,包含OC效应影响的等效光子探测效率可提高50%,达45%左右。该结果对MPPC在天体物理、粒子物理、荧光光谱探测等弱光探测场合的应用有一定指导意义。 展开更多

关键词 探测器 多像素光子计数器 硅光电倍增器 光子探测效率 光学串话效应

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新型γ辐射探测模块设计

9

作者 刘正山 宋文冬 +5 位作者 黄瑞铭 孙文钊 杨兴荣 徐巧 翁政 连杰 《核电子学与探测技术》 北大核心 2025年第8期1274-1279,共6页

本文介绍了一种基于塑料闪烁体与硅光电倍增器(sipm)的新型γ辐射探测模块。该模块小型化和便于组合的设计,满足了核电厂γ表面污染测量装置的探测器标准化需求。模块具有良好的抗电磁场干扰、环境适应性以及可维护性,还具备单个探测器... 本文介绍了一种基于塑料闪烁体与硅光电倍增器(sipm)的新型γ辐射探测模块。该模块小型化和便于组合的设计,满足了核电厂γ表面污染测量装置的探测器标准化需求。模块具有良好的抗电磁场干扰、环境适应性以及可维护性,还具备单个探测器故障诊断功能及位置灵敏探测能力。原理样机测试结果表明:在高温(60℃)和高湿(95%RH)环境下,该模块能够长期稳定运行,表面效率为51.2%,能够满足使用需求。 展开更多

关键词 塑料闪烁体 硅光电倍增器(SiPM) γ辐射探测模块 组合 位置灵敏测量

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基于SiPM单光子探测器的荧光光谱仪研究 被引量：4

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作者 张飞 赵天琦 +2 位作者 陈义 张学成 金尚忠 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期278-283,共6页

为了解决激光诱导荧光检测系统存在的光学结构复杂、体积大、成本高以及灵敏度不足等主要问题,研制了一种高灵敏、小型化的荧光光谱仪。该光谱仪以349 nm半导体激光器作为激发光源,采用正交型光路,将4×4窄带滤光片阵列与具有单光... 为了解决激光诱导荧光检测系统存在的光学结构复杂、体积大、成本高以及灵敏度不足等主要问题,研制了一种高灵敏、小型化的荧光光谱仪。该光谱仪以349 nm半导体激光器作为激发光源,采用正交型光路,将4×4窄带滤光片阵列与具有单光子灵敏度的硅光电倍增器(SiPM)阵列耦合,可实现光谱信息的多通道探测,具备结构紧凑、成本较低以及稳定性好等优点。以荧光素钠为测试样品,对光谱仪性能进行了评估。实验结果表明,光谱仪的检测限优于5×10^(−11)mol·L^(−1),在5×10^(−11)mol·L^(−1)到1×10^(−9)mol·L^(−1)的溶液浓度范围内,被测溶液浓度与检测所得荧光强度满足良好的线性关系,线性相关系数为0.99839。此外,光谱仪还具备良好的重复性,荧光峰值强度的相对标准偏差小于10%。因此,该光谱仪兼具灵敏度高、线性度好、重复性与可靠性强等优点,可以满足现场实时检测的需求。 展开更多

关键词 荧光检测 光谱仪 激光诱导荧光 硅光电倍增器 窄带滤光片阵列

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基于LED纳秒级脉冲的SiPM阵列监测电路 被引量：2

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作者 赵申森 沈仲弢 +3 位作者 周安顺 牛亚洲 封常青 刘树彬 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期1047-1054,共8页

环形正负电子对撞机(CEPC)电磁量能器(ECAL)原型机的探测单元采用硅光电倍增管(SiPM)作为光电转换器件.由于SiPM具有温度依赖性强和响应速度快的特点,需监测电路产生与SiPM响应速度相匹配的脉冲光激发SiPM,对其增益和动态范围进行监测.... 环形正负电子对撞机(CEPC)电磁量能器(ECAL)原型机的探测单元采用硅光电倍增管(SiPM)作为光电转换器件.由于SiPM具有温度依赖性强和响应速度快的特点,需监测电路产生与SiPM响应速度相匹配的脉冲光激发SiPM,对其增益和动态范围进行监测.本文根据模拟仿真结果,设计了基于双NMOS的驱动电路和相应的控制电路,该电路驱动发光二极管(LED)发射纳秒级窄脉冲光,且强度可调.利用光电倍增管(PM T)测得单路LED发光时域特性,脉冲时间宽度约为10 ns.在CEPC ECAL电子学联测中,SiPM监测电路正常工作,批量测得ECAL原型机中SiPM的增益指标,满足原型机的自检需求. 展开更多

关键词 发光二极管 脉冲驱动 硅光电倍增器 增益监测

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采用SiPM探测三硝基甲苯的时间分辨拉曼光谱

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作者 张春玲 王凯君 庞庆 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第10期273-277,共5页

硅光电倍增器(SiPM)是近年来迅速发展起来的新型固态弱光探测器,有望取代传统的光电倍增器(PMT)用于拉曼检测中。为了解决拉曼检测中的荧光干扰以及Si PM的高暗计数率的缺陷,建立了基于SiPM为光探测器的时间分辨拉曼光谱测量系统。以三... 硅光电倍增器(SiPM)是近年来迅速发展起来的新型固态弱光探测器,有望取代传统的光电倍增器(PMT)用于拉曼检测中。为了解决拉曼检测中的荧光干扰以及Si PM的高暗计数率的缺陷,建立了基于SiPM为光探测器的时间分辨拉曼光谱测量系统。以三硝基甲苯(TNT)为样品,重点研究了其拉曼峰的峰本比(PBR)随选通时间的变化规律。结果表明:随着选通时间增大,拉曼峰的PBR呈现先增大后减小的趋势,最后变化缓慢。当选通时间为400 ps时,该方法所测得拉曼峰的PBR要优于商业拉曼谱仪和参考文献[12]采用的门控方法的结果,并且此时系统所记录的Si PM暗计数水平与PMT相当。该方法在很大程度上实现了对样品荧光和Si PM高暗计数率的抑制,显著提高了拉曼谱的PBR。 展开更多

关键词 时间分辨拉曼光谱 硅光电倍增器 峰本比 三硝基甲苯

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