Plastic scintillator detector with the readout based on an array of large-area SiPMs for the ND280/T2K upgrade and SHiP experiments
塑料闪烁体探测器在粒子物理实验中已广泛应用了几十年。大规模检测器通常被布置为交错的长条阵列，其通过飞行时间测量提供快速触发信号和/或颗粒识别。闪烁光由耦合到每个棒的两端的光电传感器收集。在这篇文章中，我们提出了我们的研究，用大面积硅光电倍增器（SiPMs）阵列直接取代常用的真空光电倍增管（PMT）。直接耦合到闪烁体块体的SiPM阵列相对于PMT具有明显的优点：紧凑性、机械鲁棒性、高PDE、低操作电压、对磁场不敏感、低材料预算、省略光导的可能性。在这项研究中，八个6 × 6 mm 2面积SiPM的阵列耦合到塑料闪烁体棒的末端，长度为1.68 m和2.3 m。8通道SiPM阳极读出ASIC（eMUSIC）用于各个SiPM的信号的读出、放大和求和。在CERN PS实验束流中研究了一个大型探测器原型的时序特性。该技术被用于J-PARC的ND 280/T2 K II升级的ToF系统和CERN SPS的SHiP实验的定时检测器。
2019-01-23 physics.ins-det
Characterization of two SiPM arrays from Hamamatsu and Onsemi for liquid argon detector
针对液氩探测器中紧凑型SiPM阵列及低温电子学设计不足的问题，本文开发了可在87 K下驱动1英寸4×4 SiPM阵列的低功耗读出系统，并系统测量了滨松与安森美两款阵列的关键性能，验证了设计可行性。
2022-10-28 hep-ex physics.ins-det
Online control of the gain drift with temperature of SiPM arrays used for the readout of LaB$_3$:Ce crystals
LaB $_3$：Ce晶体已被引入用于医学物理中的辐射成像，具有光电倍增管或单个SiPM读出。采用来自不同生产商的1/2”和1”LaBr 3：Ce晶体进行R-D，以实现具有SiPM阵列读出的紧凑型大面积探测器（高达几cm $^2$面积），旨在实现高的光产额、良好的能量分辨率、良好的探测器线性度和对低能X射线的快速时间响应。在RIKEN-RAL μ子设施的FAMU项目中发现了一个自然的应用，该项目旨在精确测量质子Zemach半径，以解决所谓的“质子半径之谜”，这是由最近在PSI测量质子电荷半径引发的。目标是探测130 keV左右的特征X射线。在医学物理中可以预见其他应用，例如PET和伽马射线天文学。一个限制因素是SiPM阵列的增益随温度的漂移，这使得探测器的FWHM能量分辨率变差。为解决这一问题，开发了基于CAEN A7585数字电源的定制NIM模块。将介绍来自Advansid、Sensl、Hamamatsu的SiPM阵列增益漂移随温度的校正测试结果。对于典型的LaBr $_3$：Ce晶体，在$^{137}$ Cs峰处，使用Hamamatsu S13461阵列获得了优于3%的能量分辨率。这与用PMT获得的最佳可用结果相比很好。
2022-10-05 physics.ins-det
Efficiency and uniformity measurements of a light concentrator in combination with a SiPM array
我们制作了一个位置敏感的切伦科夫探测器，它由64个SiPM组成，有效面积为3 × 3 mm^2，像素大小为100 × 100 μm^2。由64个漏斗形的聚光器增加了敏感区域。这些漏斗的入口面积为7x7 mm^2，出口面积为3x3 mm^2，保证了足够的位置分辨率，例如FAIR的PANDA实验的桶形DIRC探测器。通过使用脉冲光束在两个维度上扫描阵列来测试与SiPM阵列组合的光集中器的效率和均匀性。这些测试的结果和比较与模拟在这里。
2013-11-22 hep-ex physics.ins-det
Exploration of optimized front-end readout circuit for time measurement of large-area SiPM arrays
本文针对TRIDENT深海中微子望远镜需求，在180 nm CMOS工艺下研究并优化了四种面向大面积SiPM阵列的读出电路架构，实现单光子时间分辨率约260 ps FWHM、阵列时间抖动小于500 ps FWHM且功耗低于7 mW/通道，满足TRIDENT应用要求。
2025-02-05 physics.ins-det
Detection of low-energy X-rays with 1/2 and 1 inch LaBr3:Ce crystals read by SIPM arrays
LaBr 3：Ce晶体，具有光电倍增管或单个SiPM读出（高达3x 3 mm $^2$），已被引入用于医学物理中的辐射成像。采用来自不同生产商的1/2”和1”LaBr 3：Ce晶体进行研发，以实现具有SiPM阵列读出的紧凑型大面积探测器（高达几cm $^2$面积），旨在实现高光产额、良好的能量分辨率、良好的探测器线性度和低能量X射线的快速时间响应。该研究由RIKEN-RAL μ子设施的FAMU实验引发，旨在精确测量质子Zemach半径，以解决所谓的“质子半径之谜”。目标是探测130 KeV左右的特征X射线。可以预见的其他应用是国土安全和$γ$射线天文学。基于CAEN V1730 FADC直接读取结果，无需扩增阶段。在Cs的$^{137}$峰，能量分辨率高达$\sim 3 \%$，获得使用的读出与Hamamatsu SiPM阵列。这些结果与用PMT读数获得的最佳可用结果进行了比较。
2022-02-17 physics.ins-det
Front-end Electronics and Optimal Ganging Schemes for Single Photon Detection with Large Arrays of SiPMs in Liquid Argon
针对液氩中大规模SiPM阵列的单光子探测需求，提出了一种估算最优SiPM串并联组合方案的简单模型，结合自研低噪声低温放大器验证了模型有效性，实现了大面积SiPM的高灵敏度单光子探测。
2023-10-06 physics.ins-det
A Scintillating Fiber Tracker With SiPM Readout
我们提出了一个原型的第一个跟踪探测器组成的250微米薄的光纤和硅光电倍增器（SiPM）阵列。该探测器采用模块化设计，每个模块由两个100微米薄碳纤维蒙皮之间的10 mm Rohacell泡沫机械支撑结构组成。支撑结构的顶部和底部都粘有五层增强纤维。具有250微米的通道间距的SiPM阵列被放置在光纤前面。我们展示了使用Bicron BCF-20和Kuraray SCSF-81 M型多包光纤的第一个模块原型的结果，这些光纤由FBK-irst/INFN Perugia的新型32通道SiPM阵列以及Hamamatsu生产的32通道SiPM阵列读出。空间分辨率为88微米± 6微米，平均探测光子数为10个/最小电离粒子。
2008-12-02 physics.ins-det
Improving the Time Resolution of Large-Area LaBr3:Ce Detectors with SiPM Array Readout
本研究针对大面积LaBr3:Ce探测器在SiPM阵列读出下时间特性差的问题，通过混合ganging、零极点电路及阵列四象限分割等专用电子学设计，在保持低能X射线良好能量分辨率的同时显著改善了信号下降时间。
2023-11-28 physics.ins-det
The liquid argon detector and measurement of SiPM array at liquid argon temperature
基于液态氩的粒子探测器（LAr）最近被认为是一种非常有吸引力的技术，可用于暗物质的直接探测以及相干弹性中微子-核散射的测量（CE $ν$ NS）。中国高能物理研究所氩组一直在研究LAr探测器技术，并已研制出稳定运行的LAr探测器。提出了利用双相LAr探测器测量台山核电厂CE $ν$ NS的方案，并正在进行研究开发工作。考虑到超低放射性纯度和高光子收集效率的要求，SiPM将是一个很好的选择，并将用于探测器。在这篇论文中，将介绍LAr探测器和SiPM阵列在LAr温度下的测量结果。
2020-06-02 hep-ex physics.ins-det
Lithium-loaded scintillators coupled to a custom-designed silicon photomultiplier array for neutron and gamma-ray detection
能够探测中子和伽马射线的闪烁体引起了相当大的兴趣。特别地，这种具有硅光电倍增器（SiPM）的放大器的使用使得能够实现低功率和紧凑几何形状的应用。三种类型的锂负载的制冷剂，CLYC，CLLB，和NaIL，已经用定制设计的SiPM阵列在-20至50 $^{\circ}$ C之间的温度下进行了测试。该阵列由4个6 × 6 mm $^2$ SiPM以2 × 2结构排列组成。脉冲形状鉴别用于中子和伽马鉴别。由于脉冲形状随温度变化，中子和伽马鉴别的质量随温度变化。此外，在高温下SiPM中较大的暗电流导致较差的能量分辨率和中子-伽马鉴别。将讨论耦合到定制SiPM阵列的三个闪烁器的能量分辨率和中子-伽马鉴别的比较。
2017-11-27 nucl-ex physics.ins-det
Design and evaluation of a FPGA-ADC prototype for the PET detector based on LYSO Crystals and SiPM arrays
本研究的目的是设计和评估一个简单的自由运行的模拟-数字转换器（ADC）的现场可编程门阵列（FPGA）设备的基础上完成的能量和位置读出的硅光电倍增器（SiPM）阵列的应用程序作为PET扫描仪。这种基于进位链时间-数字转换器（TDC）的FPGA ADC在Kintex-7 FPGA上实现，仅由一个片外电阻组成，因此在提高系统集成度和降低成本方面比商用芯片具有更大的优势。本文提出了一种基于FPGA ADC的前端电子学原型，并讨论了设计原理和实现考虑。使用8 × 8（晶体尺寸：4 × 4 × 15 mm 3）和12 × 12（晶体尺寸：2.65 × 2.65 × 15 mm 3）分段LYSO晶体与在22 Na点源激发下的8 × 8 SiPM（J系列，来自ON Semiconductor）阵列耦合进行实验。初始测试结果表明，校正后的两个探测器的能量分辨率为13.2%和13.5%左右，在511 keV，和洪水直方图的轮廓显示了清晰的可视化的离散闪烁体元件。所有测量均在室温（~25度）下进行，无需额外冷却
2021-08-18 physics.ins-det
ALDO2, a multi-function rad-hard linear regulator for SiPM-based HEP detectors
ALDO 2是一款多功能、可调、低压差线性稳压器，采用onsemi I3 T80 0. 35 ~ $μ$ m HV CMOS工艺设计，用于采用硅光电倍增器（SiPMs）的HEP探测器。该芯片具有四个独立的稳压器，两个低压通道（最大3.3 V）用于过滤和稳定前端芯片的电源，两个高压通道（最大70 V），专门为SiPM阵列提供偏置电压。每个调节器都可以独立关闭，并提供过流和过热保护。HV调节器还实现了一个电路来监控SiPM阵列的偏置电流，从而允许执行I-V曲线，从而在探测器寿命期间微调SiPM阵列的工作点。该芯片采用辐射加固技术，并已完全合格的TID为20 Mrad，1 MeV当量中子注量为$10^{15}$ cm $^{-2}$，重离子高达40 MeV cm $^2$ mg $^{-1}$ LET和$10^{10}$ cm $^{-2}$累积注量。该芯片将安装在HL-LHC阶段的两个CMS探测器中，即桶定时探测器（BTL）和高粒度量热计（HGCAL）。
2022-07-13 physics.ins-det
A low noise and low power cryogenic amplifier for single photoelectron sensitivity with large arrays of SiPMs
本文介绍了一种适用于低温（87 K）和液氮（77 K）环境的大阵列硅光电倍增器（SiPMs）的低噪声放大器。目标是一个放大器读出一个总的光敏表面的几十厘米$^2$，同时保留的能力，以解决单一的光电子信号。由于SiPM的电容很大，通常每厘米$^2$只有几nF，因此噪声的主要贡献者是串联（电压）分量。硅锗异质结双极晶体管（HBT）被选为低温放大器的输入设备，其次是一个全差分运算放大器，在一个非常规的反馈配置操作。在77 K时，电路的输入参考电压噪声仅低于0.4 nV/ $\surd$ Hz白色（高于100 kHz）和1 nV/ $\surd$ Hz（10 kHz）。在不同的偏置电流的噪声测量的HBT在77 K的基区扩展电阻的值被确定。整个电路的功耗约为2.5 mW。该设计可灵活地针对不同的输入电容值对反馈环路进行最佳补偿，并获得GHz范围内的增益带宽积。讨论了在读出SiPM中获得的信噪比对于300 kHz低通滤波器的情况，并与应用最佳滤波算法得出的上限进行了比较。
2020-01-14 physics.ins-det
Silicon Photomultiplier Research and Development Studies for the Large Size Telescope of the Cherenkov Telescope Array
切伦科夫望远镜阵列（CTA）是下一代大气切伦科夫望远镜成像设施;两个站点将覆盖两个半球。CTA将在甚高能伽马射线天文学中达到前所未有的灵敏度、能量和角分辨率。每个CTA阵列将包括四个大尺寸望远镜（LST），旨在覆盖CTA灵敏度的低能范围（$\sim$ 20 GeV至200 GeV）。在基线LST设计中，焦平面相机将配备265个光电探测器集群;每个集群将包括7个光电倍增管（PMT），入口窗口直径为1.5英寸。PMT设计基于成熟可靠的技术。最近，硅光电倍增器（SiPM）作为竞争者出现。目前，SiPM具有优点（例如，较低的工作电压和对高照明水平的耐受性）和缺点（例如，较高的电容和串扰率），但这种技术仍然很年轻，发展迅速。SiPM技术在光子探测效率和每平方毫米探测器面积的价格方面有很强的潜力优于PMT技术。虽然SiPM的优势已被证明适用于高密度、小尺寸的相机，但它尚未被证明适用于大面积相机，如LST相机。我们正在努力为LST相机开发基于SiPM的模块，考虑到可能的相机升级。我们将介绍我们正在探索的解决方案，以平衡具有竞争力的性能和对整体LST相机设计的最小影响。
2015-08-28 astro-ph.IM physics.ins-det
Cryogenic SiPM arrays for the DUNE photon detection system
在本文中，我们报告的SiPM瓷砖的R & D的DUNE光子探测系统的特性。瓷砖由布鲁诺·凯斯勒基金会（FBK）采用NUV-HD-SF SiPM生产。特别强调了传感器的低温可靠性，即在室温和77 K温度下热循环后电性能和机械性能的稳定性。该特性包括I-V曲线的确定，在不同过电压下的暗计数率的高灵敏度测量，以及相关噪声。一个P。在使用专用冷放大器在77 K下放大之后，测量灵敏度作为连接到单个电子通道的传感器的数量的函数。
2020-01-24 hep-ex physics.ins-det
Performance of the Mass Testing Setup for Arrays of Silicon Photomultipliers in the TAO Experiment
本文介绍TAO实验中用于在-50C下批量表征4100个瓦片内约13万个SiPM的测试装置与方法，以实现1 MeV处2%的能量分辨率。
2024-02-08 physics.ins-det
Quality assurance test and Failure Analysis of SiPM Arrays of GECAM Satellites
引力波高能电磁对应物全天监测卫星由两颗小卫星组成。每个GECAM有效载荷装有25个伽马射线探测器和8个带电粒子探测器。GRD主要探测γ射线和粒子，并对伽马射线暴（GRB）进行定位; CPD则辅助GRD对伽马射线暴和带电粒子暴进行鉴别。GRD利用SiPM的溴化镧（LaBr 3）晶体读出。由于所有可用的SiPM设备都属于商业级，因此需要根据航空航天规范进行质量保证测试。在本文中，我们提出的质量保证测试的结果，特别是详细的机制分析失败的设备在GECAM的发展。本文还总结了商业级SiPM器件在航天有效载荷中的应用经验，并对未来的SiPM空间应用提出了建议。
2021-12-09 physics.ins-det
First Imaging Results of a Bubble-assisted Liquid Hole Multiplier with SiPM readout in Liquid Xenon
首次给出了液体空穴倍增器（LHM）与四极硅光电倍增器（SiPM）阵列耦合后在液体氙中的成像结果。由5.5 MeV α粒子沉积在惰性液体中的电离电子被收集到厚气体电子倍增器（THGEM）电极的孔中，该电极具有被捕获在下面的氙气气泡。它们通过液-气界面漂移，在气泡内引起电致发光。由此产生的光子用Hamamatsu VUV 4 quad-SiPM阵列检测-提供具有6.6%的仅电荷RMS分辨率的沉积能量。图像重建分辨率估计为~200 um（RMS）。
2019-01-14 hep-ex physics.ins-det
Suppression of the optical crosstalk in a multi-channel silicon photomultiplier array
提出并研究了一种利用光学滤波器抑制硅光电倍增器（SiPMs）光学串扰的方法。我们证明，附加吸收可见光带通滤波器的SiPM可以大大减少光学串扰。测量表明，近红外线的吸收对于实现这种抑制是重要的。所提出的技术可以很容易地应用于抑制SiPM中的光学串扰的情况下，过滤近红外线是兼容的应用。
2021-05-04 physics.ins-det physics.optics
Quality Assurance on a custom SiPMs array for the Mu2e experiment
费米实验室的Mu2e实验将寻找铝原子上的相干$μ\to e$转换。探测器系统由吸管跟踪器和晶体量热计组成。已经采购了用于Mu 2e量热计的150个硅光电倍增器阵列的预生产。一个详细的质量保证，安斯已进行了对每个SiPM确定自己的工作电压，增益，暗电流和PDE。还完成了对促生产组的小随机样本的平均故障时间的测量，以及作为电离和非电离剂量的函数的暗电流增加的测定。
2017-11-20 hep-ex physics.ins-det
Proton Irradiation of SiPM arrays for POLAR-2
POLAR-2是一个星载偏振计，用于研究伽马射线暴的偏振并帮助阐明其机制。该仪器计划于2024年或2025年在中国空间站上发射，目前正由瑞士、德国、波兰和中国的研究所合作开发。该仪器将在340公里至450公里高度的轨道上运行，倾角为42 $^{\circ}$，并将受到来自宇宙射线和太阳事件的背景辐射。因此，有必要更好地了解敏感装置在类似空间的条件下的性能。本文着重研究了日本滨松公司生产的硅光电倍增器阵列S13361- 6075 NE-04和S14161- 6050 HS-04的辐射损伤。S13361采用58 MeV质子辐照，剂量高达4.96Gy，而较新的S14161系列采用0.254Gy和2.31Gy的剂量辐照。它们各自的性能退化，由于辐射损伤进行了讨论。POLAR-2中硅光电倍增器在4.96Gy剂量下的空间等效暴露时间为62.9年（或1.78年，如果不考虑仪器的屏蔽）。I-V曲线的主要特征是暗电流和暗计数的增加，主要是通过串扰事件。观察到$25^{\circ}C$的退火过程，但未进一步详细研究。偏置通道，而被照射没有导致任何重大影响。活化分析表明，$β^{+}$粒子的主要贡献约511 keV。这些主要是由铜和碳产生的，大多数衰变时间比轨道周期短。
2022-10-05 astro-ph.IM physics.ins-det
Replacement of a Photomultiplier Tube with Silicon Photomultipliers for use in Safeguards Applications
我们在实验室环境中使用单个5.08x5.08-cm圆柱形碘化钠晶体比较了SiPM阵列和PMT的性能。光电倍增管（PMT）是最常用的设备，用于监测辐射检测目的的蒸发材料。该系统有时受限于PMT中的缺点，这些缺点可能降低其性能，包括温度依赖性和随磁场的变化。仪器工程还必须应对相对于活性闪烁体体积的潜在大体积、易碎性和高电压要求。一种可能的替代方案是硅光电倍增器（SiPM）阵列。使用5.04x5.04-cm sensL J系列SiPM阵列和7.62cm Hamamatsu PMT进行测量。我们演示了如何充分改变SiPM偏置，以消除在经常进行核保障工作的环境中遇到的温度变化的影响。最后，我们评估了一种方法，确定富集水平的${}^{235}U$在各种水平和屏蔽配置，使用PMT安装和SiPM安装闪烁体。
2020-01-22 physics.ins-det
Characterization of immersed SiPM arrays in liquid scintillator between room temperature and $-30\,^{\circ}\mathrm{C}$
Chung-Ang University（中央大学）；Institute for Basic Science (IBS)（基础科学研究院）；University of Science and Technology (UST)（科学技术大学）
本研究表征了浸没在液体闪烁体中的SiPM阵列从室温至-30°C的性能，发现冷却使暗计数率降低13.5倍、光产额提升16.7%，并测得μ子寿命1959纳秒，验证了低温运行的可行性。
2026-11-04 hep-ex physics.ins-det
Silicon photomultiplier arrays - a novel photon detector for a high resolution tracker produced at FBK-irst, Italy
在FBK-irst研制了一个硅光电倍增器（SiPM）阵列，它有32个通道，尺寸为8.0 x 1.1 mm^2。每个250 um宽的通道被细分为5 x 22个矩形排列的像素。这些传感器被开发用于读出模块化高分辨率的光纤跟踪器。关键属性，如击穿电压，增益和光子探测效率（PDE）被发现是均匀的SiPM阵列的所有32个通道。如果噪声特性和PDE得到改善，这可以使具有SiPM阵列读出的光纤跟踪器成为可用跟踪器技术的有希望的替代方案。
2009-03-23 hep-ex physics.ins-det
Development of a mini-PET Detector based on Silicon Photomultiplier Arrays for Plant Imaging Applications
正在开发一种用于植物成像应用的小型PET型检测器系统，其具有紧凑的硅光电倍增器（SiPM）阵列，以取代位置敏感光电倍增器（PSPMT）。除了紧凑性之外，SiPM的使用将允许涉及高强度MRI型磁场的成像设置。后者将允许在植物组织中的初始正电子湮灭的更好的位置分辨率。在目前的工作中，原型阵列进行测试，其响应的均匀性，因为它是已知的PSPMT需要显着的增益补偿上的各个通道，以实现改善的响应均匀性。初始测试表明，SiPM阵列可以在没有任何增益补偿的情况下使用的可能性很高。
2011-01-13 physics.ins-det
SiPM array of Xenoscope, a full-scale DARWIN vertical demonstrator
DARWIN项目旨在建造和运行下一代暗物质和中微子物理观测站，其特点是一个时间投影室，拟议的活动目标是40吨液态氙。作为测试未来探测器基本组件的研发设施，Xenoscope是一个全尺寸垂直演示器，装有约400公斤液体氙，电子漂移长度可达2.6米，由苏黎世大学建造。它的主要目的是证明电子漂移在液体氙前所未有的距离-首先在一个纯度监视器设置与电荷读出，其次是一个双相时间投影室。在第二阶段，将Hamamatsu生产的48个VUV 4 MMPC（型号S13371- 6050 CQ-02）阵列（具有12通道读数）放置在液体氙柱上方，并作为来自时间投影室中提取电子的次级比例闪烁信号的光读数。本文介绍了Xenoscope的硅光电倍增器阵列的设计与研制，内容包括结构设计、电子学设计、传感器低温特性分析和信号模拟。
2023-03-27 hep-ex physics.ins-det
Cryogenic operation of silicon photomultiplier arrays
本文研究LHCb SciFi径迹探测器SiPM在LHC Run 4高辐射环境下的低温冷却方案，对FBK和Hamamatsu的SiPM阵列在100 K低温下测试并表征击穿电压、暗计数率、光子探测效率、增益和串扰等关键性能参数。
2025-02-04 hep-ex physics.ins-det
Energy Response of GECAM Gamma-Ray Detector Based on LaBr3:Ce and SiPM Array
引力波高能电磁对应体全天监测（GECAM）是一项新的全天观测任务，由两颗小卫星组成，每颗GECAM卫星使用25个6 keV-5 MeV的紧凑型伽玛射线探测器（GRD）探测和定位与引力波（GW）事件重合的伽马射线暴（GRB）。每个GRD模块由LaBr 3：Ce闪烁体、SiPM阵列和闪烁体组成。GRD的大动态范围是通过ADC的高增益和低增益通道实现的。使用5.9-1332.5 keV范围内的放射源对GRD原型的能量响应进行了评估。由137 Cs脉冲高度谱确定的662 keV能量分辨率为5.3%，满足GECAM要求（662 keV能量分辨率< 8%）。评估能量到通道的转换，并进行非线性校正以减少残差（< 1.5%）。此外，基于Geant 4的模拟飞行中背景和测量的GRD LaBr 3：Ce本征活性被用于评估飞行中校准的能力。这些结果证明了GRD的设计。
2021-12-14 nucl-ex physics.ins-det
Cryogenic front-end amplifier design for large SiPM arrays in the DUNE FD1-HD photon detection system
DUNE实验的第一个远探测器（FD 1-HD）的光子探测系统将探测千吨级液态氩时间投影室中粒子相互作用产生的闪烁光子。选择的光子探测器是硅光电倍增器（SiPM），6个$\times$，每个6 mm $^2$，以48个为一组布置，其对前端电子器件呈现显著低的阻抗。本文详细介绍了基于硅锗输入晶体管和BiCMOS全差分运算放大器的低温放大器的设计，该放大器具有0.37 nV $\sqrt{Hz}$的极低白电压噪声。即使在低过电压值下，它也能产生出色的单光电子分辨率。信号上升时间小于100 ns，在典型的工作过电压下，动态范围约为2000个光电子。该器件采用3.3 V单电源供电，功耗为0.7 mA，每通道功耗为2.4 mW。简化的模型被开发来预测单个光电子信号的形状和信噪比，与测量的性能具有良好的匹配。
2022-11-14 physics.ins-det
Cryogenic operation of neutron-irradiated silicon photomultiplier arrays up to 1e14 neq/cm^2
Institute of Physics, École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院物理研究所）
研究低温条件下中子辐照对硅光电倍增器阵列的影响，评估其在高辐射环境下的性能稳定性与可靠性。
2026-03-26 hep-ex physics.ins-det
Integration of thermo-electric coolers into the CMS MTD SiPM arrays for operation under high neutron fluence
针对CMS实验MTD探测器SiPM在高辐射下的性能退化问题，提出在SiPM阵列集成小型TEC的方案，可降温降暗计数且不增功耗，还能反向升温加速退火恢复性能，为高辐射环境探测器运行提供经济高效的解决方案。
2023-08-23 hep-ex physics.ins-det
Neutron irradiation test of Hamamatsu, SensL and AdvanSiD UV-extended SiPMs
在本文中，我们报告的测量定制硅光电倍增器阵列（SiPMs）由三家公司生产：滨松（日本），AdvanSiD（意大利）和SensL（爱尔兰）的中子辐射硬度。这些定制SiPM由6 x 6 mm^2单片单元的2 x 3阵列组成，像素尺寸分别为50 um（Hamamatsu和SensL）和30 um（AdvanSid）。每个供应商的样品都暴露于易北河正电子源设施（德累斯顿）产生的中子中，总注量高达~ 8.5 x 10^11 n_（1 MeV）/cm ^2。测试结果表明，暗电流几乎与中子注量成线性关系。通过在辐照测试后两个月测量暗电流来量化室温退火。还评估了暗电流对器件温度和施加偏压的依赖性。
2018-03-15 hep-ex physics.ins-det
Light-Trap: A SiPM Upgrade for Very High Energy Astronomy and Beyond
随着大气切伦科夫成像技术（IACT）的发展，γ射线天文学已成为天体物理学中最有趣和最富有成果的领域之一。目前的IACT望远镜阵列（MAGIC、H.E.S.S、VERITAS）使用光电倍增管探测伽马射线与大气相互作用产生的光学/近紫外切伦科夫辐射。对于下一代IACT实验，正在研究用硅光电倍增器（SiPMs）取代PMT的可能性。SiPM的主要缺点是其有限的有效面积（导致相机读出的成本和复杂性增加）以及其对不想要的波长的敏感性。在这里，我们提出了一种新的方法来建立一个相对低成本的像素组成的SiPM附加到PMMA光盘掺杂的波长移位器。该像素比单个标准SiPM收集更大面积的光，并提高了对近紫外光的灵敏度，同时拒绝背景。我们描述的检测器的设计，也可以在其他领域的检测面积和成本是至关重要的应用程序。我们目前的模拟和实验室测量的像素原型和现场测试的结果与7像素集群安装在一个魔术望远镜相机。
2017-09-01 astro-ph.IM physics.ins-det
Studies of an array of PbF2 Cherenkov crystals with large-area SiPM readout
费米实验室新的μ子（g-2）实验的电磁量能器将由大面积硅光电倍增器（SiPM）传感器读出的PbF 2切伦科夫晶体阵列组成。我们在这里报告的测量和模拟使用2.0 - 4.5 GeV的电子与28元素的原型阵列。所有数据都是使用快速波形数字化仪获得的，以准确地捕获信号脉冲形状与能量、撞击位置、角度和晶体缠绕。使用基于激光的校准系统对SiPM进行增益匹配，该校准系统还提供了稳定程序，允许增益校正到每小时1 e-4的水平。在考虑纵向波动损失后，那些包裹在白色扩散包裹物中的晶体显示出能量分辨率σ/E为（3.4 ± 0.1）%/sqrt（E/GeV），而那些包裹在黑色吸收包裹物中的晶体具有（4.6 ± 0.3）%/sqrt（E/GeV）。白色包裹的晶体-具有近两倍的总光收集-显示一般较宽和冲击位置依赖的脉冲形状，由于光传播的动态，相比之下，黑色包裹的晶体，具有较窄的脉冲形状，对冲击位置不敏感。
2015-02-19 hep-ex physics.ins-det
Charged-particle topology reconstruction with an in-liquid SiPM array
Chung-Ang University（中央大学）
本研究利用液内稀疏SiPM阵列保留局部光学信息，通过模拟训练的时间感知CNN重建缪子轨迹端点与正电子顶点，中位残差厘米级，验证了拓扑敏感重建的可行性。
2026-09-25 hep-ex physics.ins-det
Development of a 3-D Position Sensitive Neutron Detector Based on Organic Scintillators with Double Side SiPM Readout
基于塑料闪烁体阵列的三维位置灵敏中子探测器正在研制中。使用双面SiPM读出来确定每个闪烁体单元中的相互作用深度（DOI）。在初步测试中，使用准直Co-60源在不同位置测量254 x 6 x 6 mm 3 SP101塑料闪烁体中的DOI。SiPM（KETEK PM 6660）信号由2.5GS/s数字示波器记录。使用幅度和时间信息两者来计算DOI结果。分别实现了2.5 cm和6.6 cm的位置分辨率（FWHM）。基于二维阵列的探测器能够记录入射中子的三维位置信息。三维探测器将与中子时间投影室一起用作定向快中子探测器。根据模拟结果，该相机的角分辨率（8度半高宽）远优于典型的中子散射相机。
2018-10-31 nucl-ex physics.ins-det
Application of large area SiPMs for the readout of a plastic scintillator based timing detector
在这项研究中，八个6 mm x 6 mm面积的SiPM阵列耦合到长塑料闪烁体计数器的末端，该计数器在CERN PS暴露于2.5 GeV/c μ子束。研究了尺寸为150 cm x 6 cm x 1 cm和120 cm x 11 cm x 2.5 cm的棒的定时特性。基于新型低输入阻抗电流传输器的8通道SiPM阳极读出ASIC（MUSIC R1）被用来独立地读出和放大SiPM，并在最后对信号求和。根据这些结果，展望了在时间分辨率低于100 ps的大尺度粒子物理探测器中的应用前景。
2017-12-16 physics.ins-det
A comparison of the neutron detection efficiency and response characteristics of two pixelated PSD-capable organic scintillator detectors with different photo-detection readout methods
本研究对比了采用Anger逻辑的PMT基与独立像素读出的SiPM基两种像素化PSD塑料闪烁体中子探测器，经¹³⁷Cs和²⁵²Cf源校准测量，发现SiPM基探测器在均匀性和中子探测效率上更优，效率约为PMT基的两倍。
2024-01-29 nucl-ex physics.ins-det
A simple model for multiple coincidence SiPM dark noise
针对硅光电倍增管（SiPM）多像素同时触发的暗噪声特性，推导关联暗噪声率与多重符合事件发生率的简单统计公式。
2024-03-12 physics.ins-det
Comparative study of YSO, GaGG, and BGO scintillators coupled to a SiPM array for gamma-ray spectroscopy
本文比较了与4×4 SiPM阵列耦合的YSO、GAGG和BGO，在32–2500 keV范围内评估其线性、能量分辨率与适用性。
2025-09-30 physics.app-ph physics.ins-det
Iterative reconstruction of SiPM light response functions in a square-shaped compact gamma camera
具有正方形单片闪烁体晶体和硅光电倍增器（SiPM）阵列的紧凑型伽马相机正在积极地开发用于诸如小动物成像、癌症诊断和放射性示踪剂引导的外科手术的领域中的应用。位置重建的统计方法，这是潜在的优于传统的质心方法，需要准确的知识，每个光电倍增管的空间响应。使用两个蒙特卡罗模拟和实验数据获得的相机原型，我们表明，所有的光电倍增管（光响应函数）的空间响应可以参数化与轴对称函数迭代获得的洪水场照射数据。该研究使用配备有30 x 30 x 2 mm3 LYSO晶体和8 x 8 SiPM阵列的相机原型进行，用于140 keV伽马射线。模拟表明，使用迭代方法获得的响应，用极大似然方法重建的图像仅表现出微小的失真：在22 x 22 mm 2的中心区域，X和Y方向上重建的位置与真实位置之间的平均差异不超过0.2 mm，在相机的外围不超过0.4 mm。一个类似的水平的图像失真的实验与相机原型。
2016-10-09 physics.ins-det physics.med-ph
Development of a novel compact and fast SiPM-based RICH detector for the future ALICE 3 PID system at LHC
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Bari（意大利国家核物理研究所巴里分部）；CERN, the European Organization for Nuclear Research（欧洲核子研究组织）
本文提出了一种新型紧凑快速基于硅光电倍增管的RICH探测器，用于未来LHC ALICE 3 PID系统，通过气凝胶辐射体和透明窗口实现带电粒子的时间飞行测量。
2026-01-18 hep-ex physics.ins-det
Efficient and precise Cherenkov-based charged particle timing using SiPMs
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari（意大利国家核物理研究所巴里分部）；CERN, the European Organization for Nuclear Research（欧洲核子研究中心）；Dipartimento di Fisica “M. Merlin” dell’Università e del Politecnico di Bari（巴里大学与理工大学M. Merlin物理学系）
本文研究了利用硅光电倍增管阵列与薄切连科夫辐射体结合，实现带电粒子飞行时间测量的高效和精确方法，通过蒙特卡罗模拟和束流测试结果比较，探讨了时间分辨率优化的关键因素。
2026-01-21 hep-ex physics.ins-det
Performance Evaluation of a High-Granularity LYSO-SiPM-Based Position-Sensitive Detector for a One-Shot Gamma-Scanning System with Sub-Millimeter Spatial Resolution
Indian Institute of Technology Ropar（印度技术研究所罗帕尔分校）；Gauhati University（高哈提大学）；GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung（GSI亥姆霍兹重离子研究中心）；Istanbul University（伊斯坦布尔大学）
该研究开发了基于LYSO-SiPM的高粒度位置灵敏探测器，经模拟与实验验证其中心区域空间分辨率优于1 mm，可用于核物理实验中分段γ探测器阵列的三维表征。
2026-08-25 nucl-ex physics.ins-det
FERS-5200: a distributed Front-End Readout System for multidetector arrays
FERS-5200是用于大型探测器阵列的新型CAEN前端读出系统。它是一个紧凑、分布式和易于部署的解决方案，集成了基于ASIC的前端、A/D转换、数据处理、同步和读出。使用适当的前端，该解决方案完美地适合各种探测器，如SiPM，多阳极PMT，GEM，硅带探测器，线室，气体管等。FERS系列的第一个成员是A5202单元，一个64通道SiPM读出卡，基于Weeroc SaS的CITIROC ASIC。集中器板DT 5215可以一次管理多达128个卡的读出，即A5202的8192个读出通道。
2020-10-29 nucl-ex physics.ins-det
Performance of a SensL-30035-16P Silicon Photomultiplier array at liquid argon temperature
下一代多吨级的稀有液体实验有独特的机会发现TeV级的暗物质粒子，在WIMP核子散射截面中达到10^-48 cm 2的灵敏度。一个先决条件是将放射性本底源减少到可以忽略不计的水平。这只有在超纯高效光电传感器可用于闪烁光读出时才有可能。目前的实验（如氙，LUX，黑暗，ArDM）使用低温光电倍增管作为光电传感器。硅光电倍增器阵列（SiPM阵列）是一种有吸引力的替代方案，它在单光子探测方面表现出无与伦比的性能。本文报道了SensL-30035- 16 P SiPM阵列和定制的低温前端板在液氩温度下的性能。
2016-01-06 hep-ex physics.ins-det
A prototype for SANDD: A highly-segmented pulse-shape-sensitive plastic scintillator detector incorporating silicon photomultiplier arrays
我们报告的第一个清晰的观察中子/γ射线脉冲形状的灵敏度的一个完全仪表化的8 $\times$ 8阵列的塑料闪烁体段耦合到两个5厘米$\times$ 5厘米64通道SiPM阵列的一部分，为方向灵敏度设计的原型反中微子探测器模块的关键指标的研究。SANDD（分段式反中微子定向探测器）最终将包括一个由64个$^{6}$掺锂脉冲形状敏感闪烁体棒细长段组成的中心模块，每个闪烁体棒具有5.4 mm $\times$ 5.4 mm的正方形横截面，由相同材料的较大截面棒包围。可能影响SANDD中心模块性能的最重要指标是使用硅光电倍增器（SiPMs）的中子和伽马射线脉冲形状灵敏度、通过闪烁体棒多重性的粒子识别以及能量和位置分辨率。作为第一步，我们构建了一个原型探测器，使用两个64通道SiPM阵列和未掺杂的脉冲形状敏感的塑料闪烁体棒来研究中央SAND模块的性能。
2019-08-11 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Evaluation Of The PETsys TOFPET2 ASIC In Multi-Channel Coincidence Experiments
为了以200 ps量级的精度测量两个重合伽马光子的到达时间差，飞行时间正电子发射断层成像系统通常采用硅光电倍增器（SiPM）和高分辨率数字化电子器件、专用集成电路（ASIC）。这项工作评估的TOFPET 2 ASIC的性能，由PETsys电子公司发布。在2017年，取决于它的配置参数在多通道符合测量。由不同供应商（KETEK、SensL、Hamamatsu、Broadcom）制造的SiPM阵列与ASIC组合进行测试。闪烁体阵列具有不同的反射器设计和不同的配置的TOFPET 2 ASIC软件参数进行了评估。所使用的台式设置由PETsys Electronics S.A.提供TOFPET 2 ASIC评估套件。与现有的TOFPET 2 ASIC研究相比，获得了依赖于更大的ASIC配置参数集的多通道性能结果，到目前为止还没有报道过这种情况。ASIC显示出与两个Hamamatsu S14161-3050-HS-08 SiPM阵列（128通道读出，能量分辨率13.08%）组合的低至219.9 ps的有希望的CRT，以及与两个Broadcom AFBR-S4 N44 P643 S SiPM阵列（32通道读出，能量分辨率9.46%）组合的低至216.1 ps的有希望的CRT。暗计数抑制方案的触发延迟的长度对ASIC性能有影响。积分器增益配置已被调查，并允许提高能量分辨率。TOFPET 2 ASI…
2021-02-10 physics.ins-det physics.med-ph
Demonstration of particle tracking with scintillating fibres read out by a SPAD array sensor and application as a neutrino active target
本文提出并首次演示了用SPAD阵列传感器读取每根闪烁光纤的新配置，实现亚毫米级径迹和单像素空间分辨率，并模拟验证了其作为中微子主动靶在GeV实验中的潜力，可重建低至150 MeV/c的质子。
2023-11-13 physics.ins-det
Silicon Photomultipliers for Orbital Ultra High Energy Cosmic Ray Observation
硅光电倍增器基本单元附加相机（SiECA）的发展提供了关于将SiPM用于未来宇宙射线探测系统的广泛信息。我们提出了传感器读出开发的技术方面，利用由Xilinx FPGA控制的Weeroc的Citiroc ASIC芯片来处理和封装来自四个64通道Hamamatsu MPPC S13361阵列的事件，生成128帧事件，积分时间为2.5ms（参数基于JEM-EUSO几何形状，但可以很容易地调整）。凭借单光子计数能力，SiECA证明SiPM是未来设备中取代多阳极光电倍增管的可行传感器，特别是当高亮度曝光可能对基于MAPMT的系统造成潜在损害时。补充的技术方面，计算和分析方法的传感器阵列表征和深度设备平场。与使用MAPMT的均匀偏置相比，通过通道提供通道偏置，使用MPPC阵列的操作参数的微调允许检测器和信号均匀性的实质性改进。
2019-08-24 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.ins-det
Feasibility study of multiplexing analog signals from SiPMs for a single layer monolithic PET detector design
本研究通过GATEv8.2模拟单层单片PET探测器模块，探讨将32个SiPM模拟信号多路复用到不同数量输出时的空间分辨率，发现多路复用减少通道数仍能实现良好分辨率，可降低制造成本。
2025-02-11 physics.ins-det
A 4pi time-of-flight detector for the ND280/T2K upgrade
ND 280是日本J-PARC加速器综合体中T2 K实验的近探测器。经过十年卓有成效的数据采集，ND 280计划升级。本文中描述的飞行时间（ToF）探测器是将安装在ND 280篮中的三个新探测器之一。ToF探测器具有模块化结构。每个模块代表20个塑料闪烁体棒的阵列，这些闪烁体棒堆叠在2.4 x 2.2 m2面积的平面中。六个类似结构的模块将组装在一个立方体中，从而为一个活跃的中微子目标和两个TPC提供一个几乎4 π的外壳。闪烁体发出的光被大面积硅光电倍增器（SiPM）阵列吸收，SiPM阵列附着在每个棒的两端。SiPM的读出、阵列内的各个SiPM信号的整形和模拟求和由分立电路放大器执行。当用宇宙μ子测量时，单个棒的平均时间分辨率约为0.14 ns。探测器将安装在ND 280的篮子里，在那里它将被用来否决来自中微子目标之外的粒子，提高粒子识别能力，并为内部探测器的校准提供宇宙触发器。
2021-12-25 physics.ins-det
Pre-Production and Quality Assurance of the Mu2e Calorimeter Silicon Photomultipliers
Mu 2 e电磁量能计必须提供$\sim$ 100 MeV电子的能量、时间和位置的精确信息。它由1348个未掺杂的CsI晶体组成，每个晶体耦合到两个大面积的硅光电倍增器（SiPM）。一个模块化的和定制的SiPM布局组成的3 $\times$ 2阵列的6 $\times$ 6毫米$^2$ UV扩展单片SiPM已开发，以满足Mu 2 e量热计的要求和150个原型的预生产已采购的三个国际公司（滨松，SensL和Advansid）。对第一批光电传感器进行了详细的质量保证过程：已确定每个SiPM阵列的每个单片电池的击穿电压、增益、猝灭时间、暗电流和光子检测效率（PDE）。每个供应商的一个样品已暴露于高达$\sim$ 8.5~ $\times$ ~10 $^{11}$ 1 MeV（Si）当量的中子通量。n/cm $^{2}$，并且已经观察到暗电流的线性增加高达几十mA。为验证平均失效时间（MTTF）是否大于$\sim$ 10 $^{6}$小时，每个供应商的其他5件样品均接受了加速老化。
2017-12-13 hep-ex physics.ins-det
