Performance Evaluation of Three Silicon Photomultiplier Detector Modules within the MAGIC Telescopes PMT-based camera
MAGIC是一个由两个成像大气切伦科夫望远镜（IACT）组成的系统，位于加那利群岛的拉帕尔马。每个望远镜的成像相机由1039个光电倍增管（PMT）组成。我们开发了三个探测器模块的基础上硅光电倍增器（SiPMs）的7个像素，机械和电子兼容的MAGIC相机中使用的。这些原型模块安装在成像相机中的PMT旁边，并并行操作。为了实现类似的每像素有效面积，我们使用七到九个SiPM来产生复合像素。一个这样的像素内的SiPM信号被主动地相加以保持快速信号脉冲形状。测试两种不同的PCB设计的热性能。我们提出了我们的模拟切伦科夫和光的夜空（LoNS）的响应。基于这些，我们计算该成像应用的信噪比（SNR）。我们将我们的期望与基于SiPM的检测器模块之一的测量进行比较。
2022-11-02 astro-ph.IM
Electronics Design of the IceCube-Gen2 Optical Module Prototype
本文介绍了IceCube-Gen2光学模块原型的电子学与数据采集系统设计，该模块包含18个PMT、12位ADC、FPGA及μSD闪存，为大规模生产做准备。
2023-08-05 astro-ph.IM physics.ins-det
Direct Comparison of SiPM and PMT Sensor Performances in a large-size imaging air Cherenkov telescope
本文通过在MAGIC望远镜中安装基于SiPM的探测器模块，在夜空背景噪声下直接比较了SiPM与PMT的性能，为IACTs传感器升级提供了实测依据。
2024-04-22 astro-ph.IM
The Wavelength-shifting Optical Module
波长移动光学模块（WOM）是一种新颖的光电传感器概念，用于测量具有单光子灵敏度的大探测器体积。其关键目标是提高信噪比，这是通过从光电倍增管（PMT）的阴极区域的传感器的光敏区域去耦。WOM由两端连接有两个PMT的透明管组成。该管涂有吸收紫外线光子的波长偏移涂料，其吸收效率接近$100\,\%$。取决于环境，例如空气（冰），随后发射的光学光子中的高达$73\,\%$ $(41\,\%)$的光学光子可以通过全内反射被捕获并且朝向它们被记录的PMT传播。基于理论推导和实验评估，对涂料的光学性质、管的几何形状和管与PMT的耦合进行了优化，以获得最大的灵敏度。建造了原型来演示该技术并开发可重复的施工过程。WOM的重要可测量特性是波长相关的有效面积、探测到的光子的渡越时间扩展和信噪比。WOM优于裸PMT，特别是在低信噪比方面，在空气中增加了高达8.9的系数（在冰中为5.2）。由于灵敏度的增益主要是在紫外区，WOM是切伦科夫和闪烁探测器的理想传感器。
2022-02-09 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.ins-det
Enhanced Photon Traps for Hyper-Kamiokande
Hyper-Kamiokande是日本的下一代大型水切伦科夫探测器，计划使用约80，000个20英寸的光电倍增管（PMT）。它们是实验的主要成本因素之一。我们提出了一种新的增强光子陷阱设计的基础上，一个更小，更经济的PMT与波长移位器，分色镜，和宽带镜相结合。GEANT 4用于获得光子收集效率和光子阱的定时分辨率。我们比较不同的陷阱配置和大小的性能。我们的模拟表明，一个增强的光子陷阱与12英寸的光电倍增管可以匹配20英寸的光电倍增管的收集效率，但在降低定时分辨率的成本。光子阱可以作为大面积探测器的探测模块。
2017-08-05 astro-ph.IM physics.ins-det
Sensitivity of multi-PMT Optical Modules in Antarctic Ice to Supernova Neutrinos of MeV energy
目前正在为南极的下一代中微子望远镜开发具有分段光敏区的新光学传感器。除了增加对高能天体物理中微子的敏感性外，我们还表明，这也将导致对MeV中微子的敏感性显着提高，例如在核心坍缩超新星（CCSN）中产生的中微子。这些低能中微子可以提供恒星核心坍缩后事件的详细图像，测试我们对这些剧烈爆炸的理解。我们目前的研究基于事件的检测MeV中微子与分段传感器，并首次在南极深冰相应的检测器的潜在的河外CCSN的检测。我们发现，利用在不同的光阴极段的信号之间的时间重合，一个$27\ \mathrm{M}_{\odot}$祖质量CCSN可以检测到的距离为269千秒差距与$0.01$年$^{-1}$的误检率与检测器组成的10000个传感器。将传感器的数量增加到20000并将光学背景减少140倍，扩展了范围，使得实现了每年$0.08$的CCSN检测率，同时将误检测率保持在$0.01$年$^{-1}$。
2022-05-02 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.ins-det
Detailed investigations of PMTs in optical sensors for neutrino telescopes such as IceCube Upgrade
本文详细研究了IceCube和KM3NeT等中微子望远镜中PMT的光电阴极与打拿极系统，通过椭偏测量、单光子扫描和模拟三种方法分析其对性能的影响，旨在全面理解效率、放大倍数和时间随波长、撞击点及角度变化的规律。
2023-07-27 astro-ph.HE astro-ph.IM
The calibration of the first Large-Sized Telescope of the Cherenkov Telescope Array
切伦科夫望远镜阵列（CTA）代表了下一代非常高能量的伽马射线天文台，它将以前所未有的灵敏度提供从20 GeV到300 TeV的伽马射线的广泛覆盖。CTA将使用三种不同尺寸的望远镜，直径为23米的大型望远镜（LST）将提供最低能量至20 GeV的灵敏度。第一个LST原型于2018年10月在La Palma（西班牙加那利群岛）揭幕，并已进入调试阶段。LST的相机由265个PMT模块组成。每个模块都配备了七个高量子效率的光电倍增管（PMT）、一个慢速控制板和一个读出板。确保相机的高均匀性和精确表征是LST相机实现最佳性能和低系统不确定性的关键方面。因此，在现场安装之前，我们对所有PMT模块进行了质量检查。此外，光通量的绝对校准对于重建望远镜接收的光量至关重要。光的数量受大气、望远镜光学系统和相机的影响，并且可以使用宇宙射线μ子产生的环形图像进行校准。在这方面的贡献，我们将展示的PMT模块和现场校准使用μ子环的非现场质量控制的结果。我们还将重点介绍硅光电倍增器模块的开发状况，该模块可被视为PMT模块的替代品，以进一步改进相机。
2019-07-22 astro-ph.HE astro-ph.IM
Mechanical design of the optical modules intended for IceCube-Gen2
本文介绍 IceCube-Gen2 两种新型光学模块的机械结构、硅胶光学耦合与装配工艺，并验证其在南极冰层高压低温环境下的原型性能。
2023-08-18 astro-ph.HE astro-ph.IM
A waveform and time digitization mainboard prototype for the hybrid digital optical module of TRIDENT neutrino experiment
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交大李政道研究所）
针对TRIDENT中微子实验的混合数字光学模块需求，设计定制数字化主板原型，实现多通道波形同步采样与高精度时间测量，达到优异的单光电子探测性能与亚纳秒计时分辨率。
2025-11-19 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
Performance studies for a next-generation optical sensor for IceCube-Gen2
我们提出了一个分段的光学模块的IceCube-Gen 2检测器的性能研究。根据IceCube升级的传感器开发经验，新传感器将由18个4英寸PMT组成，安装在透明压力容器中，提供均匀的角度覆盖。在PMT周围使用定制模制光学“凝胶垫”通过凝胶-空气界面处的全内反射提高了光子捕获率。这种贡献提出了各种传感器，光电倍增管，和凝胶垫几何形状的模拟研究，旨在优化的光学模块在有限的空间和恶劣的环境条件下，在南极面的灵敏度。
2021-08-12 astro-ph.IM hep-ex
Calibrating the photon detection efficiency in IceCube
IceCube中微子天文台由5000多个光传感器组成，数字光学模块（DOM）安装在南极的表面和1450至2450米的透明冰层中。每个DOM都包含一个直径10英寸的光电倍增管（PMT），用于探测高能中微子与冰中原子相互作用时发出的光。根据中微子的能量和与次级粒子轨道的距离，光电倍增管可以在几百纳秒内被多达几千个光子击中。每个PMT的光子数和它们的时间分布被用来拒绝背景事件，并确定每个中微子的能量和方向。探测器的能量标度是根据之前实验室对DOM光学灵敏度的测量建立的，然后根据观测到的来自停止μ子的光产额和冰属性的校准进行改进。现在已经开发了一种实验室装置，以更精确地测量作为角度和波长的函数的DOM光学灵敏度。使用宽光束在水中校准DOM，该宽光束的强度用NIST校准的光电二极管测量。这项研究将完善目前对IceCube响应的了解，并为未来探测器的精度升级奠定基础。
2015-02-10 astro-ph.IM physics.ins-det
The Wavelength-shifting Optical Module (WOM) for the IceCube Upgrade
波长移动光学模块（WOM）是一种新型的光学传感器，它利用波长移动和导光来大大提高紫外光学模块的光敏面积。它是为IceCube升级而设计的，IceCube升级是计划在2022/2023年南极部署季节使用的IceCube探测器的七串扩展。WOM由一个涂有波长漂移涂料的中空石英圆柱体组成，该圆柱体用作检测区域，并具有两个连接到端面的光电倍增管（PMT）。集光管增加了光电倍增管的有效光电阴极面积，而不会产生额外的暗电流，使其适用于低信号，低噪声的应用。我们报告了WOM的设计和性能，重点是在IceCube升级中部署的12个生产模块。虽然WOM将部署在IceCube中，但其设计适用于任何基于切伦科夫光检测的大容量粒子探测器。
2021-07-21 astro-ph.HE astro-ph.IM
Development of the New Optical Sensor for IceCube-Gen2
University of Wisconsin - Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本文介绍了为IceCube-Gen2扩建开发的新数字光学模块，该模块具有四倍于现有IceCube模块的光电灵敏度，并通过优化机械设计降低了钻孔成本，同时提升了高能事件的探测能力。
2026-04-09 astro-ph.IM physics.ins-det
Direct comparison of SiPMs and PMTs in operation with a bright background and prospects of using SPADs as truly digital sensors
Max Planck Institute for Physics (Werner Heisenberg Institute)（马克斯·普朗克物理研究所）；Institute for Cosmic Ray Research, The University of Tokyo（东京大学宇宙射线研究所）
研究比较了SiPM与PMT在明亮背景下的性能，探讨了SPAD作为真正数字传感器的应用前景。
2026-02-23 astro-ph.HE astro-ph.IM
A next-generation optical sensor for IceCube-Gen2
对于南极下一代中微子观测站IceCube-Gen 2的冰内组件，正在开发一种新的传感器模块，这是为IceCube升级开发的D-Egg和mDOM传感器的演变。该传感器设计的特点是在硼硅酸盐玻璃压力容器中均匀分布多达18个4英寸光电倍增管。机械设计面临的挑战来自钻孔直径的严格限制（比IceCube升级小2英寸）和PMT的紧密包装。电子设计必须满足机械设计所带来的空间限制，以及部署超过10，000个光学模块所带来的功耗和成本考虑。这方面的贡献提出了前瞻性的解决方案，这些设计考虑。原型模块将安装并集成在IceCube升级中。
2021-07-22 astro-ph.HE astro-ph.IM
Performance of the D-Egg Optical Sensor for the IceCube Upgrade
新的光学传感器被称为“D蛋”已经开发出具有成本效益的仪器，为冰立方升级。凭借两个8英寸高量子效率的光电倍增管（PMT），它们提供了更大的有效光阴极面积，同时尽可能多地保留了成功的IceCube数字光学模块设计。D-Eggs的大规模生产已于2020年开始。到2021年底，将生产310个D-Egg，其中288个部署在IceCube升级中。D-Egg读出系统采用先进的电子技术和计算能力。两个PMT信号均使用超低功耗14位ADC进行数字化，采样频率为240 megaSPS，可在10纳秒内实现从单光子信号到超过200 PE的信号的无缝无损事件记录，以及灵活的事件触发。在本文中，我们报告的单光子探测性能以及多光子记录能力的D-鸡蛋从大规模生产线已与内置的数据采集系统进行了评估。
2021-08-11 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.ins-det
Simulation study on the optical processes at deep-sea neutrino telescope sites
本研究基于Geant4开发光学模拟程序，模拟南海深水吸收与散射过程以提取光学性质，验证了PMTs和相机观测分析方法，模拟结果与实验数据吻合良好，可推广至其他中微子望远镜实验。
2023-02-10 astro-ph.IM hep-ex
Acceptance Tests of more than 10 000 Photomultiplier Tubes for the multi-PMT Digital Optical Modules of the IceCube Upgrade
本文介绍IceCube升级项目mDOM用1万余支80mm直径PMT的验收测试，依托双站点模块化自动化设施实现周测千余支的效率，完成多项光电性能测量，设施可复用至IceCube-Gen2等项目。
2024-06-20 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
The Optical Sensor for IceCube-Gen2
为IceCube-Gen2开发了一种分段感光的创新光学模块，集成凝胶垫概念、局部高压生成和全信号数字化设计，在适应较小钻孔的同时保持了高光收集效率，为大规模生产约10,000个OM提供了原型验证。
2025-07-11 astro-ph.HE astro-ph.IM
Testing the new QSM-6M optical module with the NEVOD Cherenkov water detector
本文讨论了研究中微子望远镜光学组件对切伦科夫水探测器NEVOD记录的各类事件响应特性的方法。本文介绍了用滨松R877光电倍增管对一个光学组件在单μ子事件和高能沉积事件中的测试结果。
2021-10-06 astro-ph.IM physics.ins-det
The Central Logic Board and its auxiliary boards for the optical module of the KM3NeT detector
KM3NeT中微子望远镜将由许多光学模块组成，每个光学模块包含31个（3”）光电倍增管，连接到中央逻辑板。中央逻辑板集成了时间数字转换器，用于测量光电倍增管信号超过阈值的时间，而白兔用于光学模块时间同步。辅助板也已设计和建造，以测试和扩展的中央逻辑板的性能。中央逻辑板以及辅助板将重点介绍设计考虑、原型设计问题和测试。
2014-11-12 astro-ph.IM physics.ins-det
CCAT-prime: Optical and cryogenic design of the 850 GHz module for Prime-Cam
Prime-Cam是Cerro Chajnantor Atacama Telescope-prime（CCAT-prime）设施的第一代仪器。Prime-Cam的850 $~$ GHz模块将探测所有仪器模块的最高频率。我们描述了850 $~$ GHz的光学系统之间的F $λ$间距，光束大小，像素灵敏度，和检测器计数的参数空间。我们提出了一个850 $~$ GHz的仪器模块CCAT总理的光学设计的优化。我们进一步描述了低温RF链设计的开发，以容纳$>$ 30条读出线，以读取低温测试台内的41，400个动态电感探测器（KID）。
2022-08-19 astro-ph.IM physics.ins-det
A large-area single photon sensor employing wavelength-shifting and light-guiding technology
大规模的地下水切伦科夫中微子观测站依赖于单光子传感器，其对切伦科夫光子的敏感区域要最大化。因此，低暗噪声率和密集的模块间距将大大降低未来项目的能量阈值。我们描述了一种新型的单光子传感器，采用有机波长漂移材料（WLS）捕获切伦科夫光子，并引导他们的PMT读出的可行性研究。不同的WLS材料已经在实验室测量中作为用于这种传感器的候选物进行了测试，并且已经实现了高达50%的光子捕获效率。基于这些发现，我们估计，有效的光敏面积的原型与现有技术可以很容易地超过目前使用的模块。G.在冰立方此外，这种模块的暗噪声率可以非常低，大约为10 Hz。当目标是低能中微子时，这一点特别重要，因为低能中微子只产生很少的光子，需要与噪声撞击区分开来。
2013-07-25 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Test results of the optical calibration system for the Large Sized Telescope camera
本文介绍了为切伦科夫望远镜阵列大型望远镜（LST）相机设计的光学校准系统CaliBox，详细描述了其激光器、滤光片、Ulbricht球等硬件及控制架构，并展示了实验室测试中光子通量监测与系统性能的评估结果。
2024-10-17 astro-ph.IM
D-Egg: a Dual PMT Optical Module for IceCube
本文介绍为 IceCube Upgrade 设计的 D-Egg 双 8 英寸 PMT 椭球光学模块，说明其结构、电子学与探测灵敏度，并报告批量生产模块的实验室单光子至多光子性能。
2022-12-30 astro-ph.IM hep-ex
Prospects for measuring the neutrino mass hierarchy with KM3NeT/ORCA
ORCA（Oscillation Research with Cosmics in the Abyss）是KM 3 NeT的低能量分支，KM 3 NeT是下一代研究基础设施，在地中海托管水下切伦科夫探测器。ORCA的主要目标是通过测量物质引起的对几个GeV大气中微子振荡概率的修改来确定中微子质量等级。ORCA探测器设计预见了KM 3 NeT中微子探测技术的密集配置，优化用于测量3 - 20 GeV能量范围内的中微子相互作用。ORCA的多光电倍增管光学模块将部署在法国的KM 3 NeT站点，利用深海水的优异光学特性，准确地重建类中微子（主要是电子中微子）和类径迹（主要是μ子中微子）事件，以收集几个GeV中微子事件的高统计样本。本文综述了ORCA探测器的方法和技术，讨论了测量中微子质量等级的前景以及提高其他振荡参数测量精度的潜力。
2017-01-26 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.ins-det
The Light Source of the TRIDENT Pathfinder Experiment
本文介绍了TRIDENT探路实验（T-REX）中光源的设计、校准和性能，该光源用于测量中国南海2800-3500米深度的海水光学特性，以支持下一代中微子望远镜的建设。
2025-01-29 astro-ph.IM hep-ex
Transformable Reflective Telescope for optical testing and education
我们提出并实验证明了可变形反射望远镜（TRT）套件用于教育目的，并用于使用单个套件进行各种光学测试。TRT套件是一种便携式光学工作台装置，适用于干涉测量、光谱学、测量杂散光和开发自适应光学等用途。由于TRT套件的模块化设计，可以轻松集成补充模块。该套件由五个单元组成：主镜模块、次镜模块、安装底座模块、挡板模块和定位模块。精确的对准和聚焦是通过对准模块上的精密光学导轨实现的。TRT套件可以转换成三种望远镜配置：牛顿，卡塞格伦和格里高利。学生通过更换副镜来改变望远镜的配置。便携式设计和TRT套件的铝制主镜使学生能够在各种环境中进行实验。最小化的挡板设计利用了商用望远镜镜筒，使用户能够直接观察光学系统，同时将杂散光抑制到$\sim$ 10 $^{-8}$点源透射率（PST）。使用点源和现场图像对TRT套件进行测试。牛顿望远镜配置的点源测量结果是80%环绕能量直径（EED）为23.8 $μ$ m。
2020-07-07 astro-ph.IM physics.ed-ph
