[发明专利]一种基于硅光电倍增器的脉冲光响应动态范围测量方法

说明书

本发明公开的基于硅光电倍增器的脉冲光响应动态范围测量方法：记录的1个等效光子脉冲的幅度，除以高速放大器的放大倍数得到1p.e.原始脉冲的幅度；在弱光照射下，记录SiPM幅度并换算得到入射光脉冲的单脉冲平均光子数；撤掉高速放大器，将SiPM输出的信号通入数字示波器；逐步线性增加光强，记录各次SiPM输出电脉冲的幅度及对应的光源光强调节旋钮的刻度；换算出各次SiPM输出电脉冲的p.e.数及各次单个光脉冲的平均光子数；各次实验点画出曲线的p.e.数的渐近值即为动态范围。本发明提出的方法克服了现有的测量方法中存在的需标准探测器定标光强、对激光器重复频率要求高及装置复杂的问题。

技术领域

本发明属于微弱光探测方法技术领域，具体涉及一种基于硅光电倍增器的脉冲光响应动态范围测量方法。

背景技术

所谓脉冲光响应动态范围(参考文献：D.Renker，E.Lorenz,Advances in solidstate photon detectors，JINST，Vol.4，P04004，(2009)pp.1-56)，是指脉冲光照射到光探测器时，光探测器能探测到的脉冲光子数的范围。现有的硅光电倍增器(即SiliconPhotomultiplier，简称SiPM)的动态范围的测量方法是(T.Bretz，T.Hebbeker,M.Lauscher等人，Dynamic range measurement and calibration of SiPMs，JINST，2016，11，P03009，1-26)，在SiPM正常工作的条件下，首先用电荷数字转换器(QDC)或模拟数字转换器(ADC)等仪器测量SiPM输出脉冲电信号的1倍脉冲的幅度；然后是将短脉冲光照射到SiPM的光敏面上，逐渐增加脉冲光的强度，逐次测量SiPM输出脉冲电信号的平均幅度，除以1倍脉冲的幅度得到SiPM探测到的光子数，并逐次记录下脉冲光源旋钮的各次刻度；接着撤去光强衰减倍数已知的光衰减器，用标准探测器(如：PIN光电二极管等)和灵敏电流表对脉冲光源各次刻度所对应的光子进行定标和换算；之后以各次入射光子数为横坐标，以SiPM各次探测到的光子数为纵坐标，画出曲线，即为SiPM的动态范围曲线；而该方法存在的问题是：(1)利用标准探测器(如：PIN光电二极管等)和灵敏电流表进行光强定标需要使用重复频率超过1MHz以上的激光器才能定标准确，这对激光器提出了较高要求，因为不少激光器的重复频率小于100kHz；(2)需要在每进行一次动态范围的测量时，都要用标准探测器定标一遍光强，操作步骤较为繁琐；(3)QDC或ADC自身的动态范围很有限，当SiPM输出信号幅度大时，QDC或ADC会饱和而无法工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于硅光电倍增器的脉冲光响应动态范围测量方法，克服现有的硅光电倍增器脉冲光响应动态范围测量方法存在的需要标准探测器定标光强、对激光器重复频率要求高及测量装置复杂的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于硅光电倍增器的脉冲光响应动态范围测量方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、构建测量装置；

测量装置，包括有硅光电倍增器，硅光电倍增器的一个电极通过导线与高压电源连接，硅光电倍增器的另一个电极通过50欧电阻接地，50欧电阻两端信号通过同轴电缆与高速放大器连接，高速放大器通过同轴电缆与数字示波器连接；短脉冲光源通过光纤依次与光纤衰减器、硅光电倍增器连接；

步骤2、经步骤1后，记录SiPM的1个光子等效(简称1p.e.)脉冲幅度，换算出1p.e.的原始脉冲的幅度；

步骤3、经步骤2后，调节光强当SiPM输出脉冲幅度的平均等效光子数为3～5个时，经换算得到入射光脉冲的单脉冲平均光子数(N₀)；

步骤4、经步骤3后，撤掉高速放大器，将SiPM输出的信号直接通过50欧阻抗同轴电缆通入数字示波器；