Caracterización de un fotomultiplicador de silicio

El objetivo de esta práctica es determinar algunos de los parámetros óptimos de digitalización de señales provenientes de SiPMs. Obtener la respuesta espectral del sensor Hamamatsu S10362‐11‐100C utilizando un LED pulsado ultra rápido. Comprobar experimentalmente la dependencia de la tasa de cuentas oscuras (Dark Count Rate - DCR) obtenidas en función del voltaje umbral del discriminador. Además, calcular la ganancia del fotomultiplicador y comprobar experimentalmente la dependencia de la ganancia del fotomultiplicador con el voltaje de polarización. Y, finalmente obtener la resolución del SiPM.

Montaje de la práctica

Este montaje experimental está compuesto de los siguientes elementos,

• Módulo digitalizador DT5720A
• Módulo de alimentación y amplificación SP5600
• Módulo LED Driver SP5601
• Soporte para montaje de fotomultiplicador SP5650C
• Cable de fibra óptica con conectores SMA
• Cables diversos MCX, LEMO, USB

Ganancia y resolución del SiPM

Ganancia del SiPM. Calcule la ganancia del sensor para cada uno de los histogramas obtenidos en la Parte 2. Use la siguiente fórmula para el cálculo de la ganancia:

Gain = \(\dfrac{\Delta Peaks_{ADC} \cdot ADC_{cr}}{e}\)

Donde \(\Delta Peaks_{ADC}\) es la separación entre picos adyacentes en el espectro expresados en canales \(ADC\) y \(ADC_{cr}\) es el factor de conversión de \(ADC\) a carga. Este factor depende del digitalizador usado y se calcula como:

\(ADC_{cr} = \frac{V_{pp}}{R_{IN}} \cdot \frac{1}{2^{N_{bit}}} \cdot \frac{1}{G_{PSAU}} \cdot \Delta t\)

Donde Vpp es 2 Voltios, Rin es la impedancia de entrada equivalente a 50 ohmios, N bits es 12, la resolución del digitalizador y el tiempo de sampleo es 4 ns (\(\Delta t\)). La ganancia de PSAU es el valor seleccionado para la toma de datos registrados.

Resolución de SiPM: Para cada histograma obtenido en la parte 2 determine el poder de resolución del sensor como función del número de pico. Para ello, haga un fit gaussiano a cada pico observable en el espectro y haga una gráficos del sigma obtenido del fit como función de número de pico.

Dark Count Rate: Para plot obtenido en la sección 1 de la Parte 3, determine el valor medio del primer y segundo plateau. Estos valores corresponden al Dark Count Rate para el 0.5e y 1.5e pico. El Cross Talk Óptico se puede calcular usando esos valores mediante la ecuación:

\(CT = \dfrac{DCR_{1.5e}}{DCR_{0.5e}}\)

Video de explicación del montaje

Caracterización de un SiPM: montaje experimental y la toma de datos