On the basic mechanism of Pixelized Photon Detectors
像素化光子探测器（PPD）是以盖革模式工作的半导体器件的总称，例如硅光电倍增器和多像素光子计数器，其具有高光子计数能力。虽然近年来对PPD的内部机制进行了深入的研究，但现有的模型并不包括雪崩过程。我们模拟了雪崩过程的倍增和猝灭，并成功地再现了PPD的输出波形。此外，我们的模型预测存在的死区时间的PPD从来没有被数值预测。为了研究死区时间，我们还发展了利用反卷积的波形分析方法，该方法具有精确区分相邻脉冲的潜力。在本文中，我们讨论了我们的改进模型和波形分析方法。
2008-08-19 physics.ins-det
Scintillator counters with multi-pixel avalanche photodiode readout for the ND280 detector of the T2K experiment
东海-神冈（T2 K）实验是第二代长基线中微子振荡实验，旨在灵敏地探测nu_e现象。T2 K近距离探测器位于280米的目标的主要设计特点。本文介绍了为T2 K近探测器研制的闪烁体计数器。计数器的读出通过嵌入闪烁体中的S形凹槽中的WLS光纤提供，并且通过在有限盖革模式下操作的多像素雪崩光电二极管从两端观察。本文介绍了灵敏面积为1.1平方毫米的光敏元件的结构、工作原理和测试结果。闪烁体探测器的时间分辨率为1.5ns，空间分辨率为9.9- 12.4cm，MIP探测效率大于99%。
2006-06-05 physics.ins-det
Dead-time correction for spectroscopic photon counting pixel detectors
在过去的十年中，现代光子计数像素探测器在同步加速器光源和其他光源的应用中实现了革命。当前探测器的局限性之一是由于导致光子堆积的死区时间而导致计数线性度降低或甚至在高计数率下瘫痪。现有的死时间和堆积模型无法再现死时间对光子计数的影响的复杂性，导致在最好的特定探测器的经验校准，不精确的线性化方法，或没有线性化。随着许多同步加速器光源计划进行显著的亮度升级，并且自由电子激光计划转向准连续操作模式，这个问题在未来将会增加。我们在这里提出了第一个模型，其使用具有恒定电流放电的光谱光子计数像素检测器中的模拟前置放大器的实际行为（例如，Medipix系列探测器）推导出更精确的分析模型和最佳线性化方法。特别是，对于每个像素至少有两个计数器的探测器，我们完全消除了校准的需要，或以前的知识的探测器和光束参数（死区时间，积分时间，大套同步加速器填充模式）。这是总结在几个模型越来越复杂和准确性。最后，我们提出了一个一般的经验方法适用于任何特定的情况下，分析方法是不够精确。
2019-03-14 physics.ins-det
Enhanced micrometre spatial resolution and usable photon flux for hybrid pixel detectors via deep-learning-based X-ray localization
Paul Scherrer Institute（保罗谢勒研究所）
该研究针对MÖNCH混合像素探测器，采用深度学习模型定位X射线单光子与堆积事件，提升了空间分辨率与可用光子通量，在刃边测量中实现了更优的分辨率与更高的重建效率。
2026-10-09 physics.ins-det
Effects of radiation damage caused by proton irradiation on Multi-Pixel Photon Counters (MPPCs)
研究了质子感应辐射损伤对多像素光子计数器（MPPC）的影响。辐照MPPC样品的漏电流随辐照总剂量线性增加，这是由于辐射损伤，这是不完全恢复，即使从辐照一年后。在至少高达8.0 Gy（$9.1\times10^7$ n/mm $^2$，1 MeV中子当量注量，$Φ_{\rm eq}$）的增益中未观察到显著变化。由于21 Gy照射后基线波动和噪音堆积，该设备完全失去了光子计数能力（$Φ_{\rm eq}$中的$2.4\times10^8$ n/mm $^2$），这对于某些应用来说可能会出现问题，例如环形成像切伦科夫探测器。我们已经发现，脉冲高度分辨率在42 Gy照射（$Φ_{\rm eq}$中的$4.8\times10^8$ n/mm $^2$）后已经略微恶化，其中测量的样品已经用几百个光子照射。在能量测量应用中应考虑这种影响。
2014-09-30 physics.ins-det
High-rate, high-resolution single photon X-ray imaging: Medipix4, a large 4-side buttable pixel readout chip with high granularity and spectroscopic capabilities
本文介绍了Medipix4芯片，这是一种用于高计数率能谱X射线成像的四边可拼接像素读出芯片，支持高粒度像素读出并具备单光子能量分箱与电荷共享校正功能。
2023-11-21 physics.ins-det
Chromatic X-Ray imaging with a fine pitch CdTe sensor coupled to a large area photon counting pixel ASIC
提出了一种具有数字特性的新型X射线成像传感器。它基于彩色光子计数技术。探测器能够单独计数入射的X射线光子，并根据它们的能量将它们分离（每次曝光两个“彩色”图像）。能量选择以射线照相成像速度（GHz全局计数率）实时进行。光子计数、彩色模式和极高的空间分辨率（超过10 l. p./ mm，MTF 50）允许获得图像质量和吸收剂量之间的最佳比率。成像系统的单独块是由薄像素化CdTe晶体（传感器）耦合到大面积VLSI CMOS像素ASIC制成的双面可对接半导体辐射检测器。已建成1、2、4、8个瓦片单元。8块单元具有25 cm x 2.5cm的敏感区域。结果和图像从深入测试的几种配置的系统。X射线成像系统是PIXIRAD成像计数器s.r.l.的技术平台，最近成立的INFN分拆公司。
2012-10-05 physics.ins-det
Development of the Pixelated Photon Detector Using Silicon on Insulator Technology for TOF-PET
为了测量闪烁体中的光发射模式，要求光电探测器具有更高的灵敏度和更快的响应速度。例如单光子雪崩二极管（SPAD），常规像素化光电探测器在盖革雪崩倍增下操作。然而，SPAD的高增益似乎很有吸引力，单位面积的光子探测效率低。这一弱点主要是由盖革雪崩机制引起的。为了克服这些困难，我们采用绝缘体上硅技术（SOI-Plaid）设计了像素化线性雪崩积分探测器。为了避免暗计数噪声和死区时间来自淬火电路，我们计划使用APD在线性乘法模式。SOI技术使读出电路和APD层实现叠层，在线性APD增益较小的情况下，实现高速低噪声信号读出。本研究利用SOI制程设计线性APD。设计了线性APD的测试元件组，考察了线性APD的最佳结构。
2015-07-24 physics.ins-det
Challenges for the Adaptive Gain Integrating Pixel Detector (AGIPD) design due to the high intensity photon radiation environment at the European XFEL
欧洲X射线自由电子激光（XFEL）是一个新的研究设施，目前正在建设中的汉堡，德国。欧洲XFEL的脉冲长度小于100 fs，亮度极高，每秒闪烁27000次，将具有独特的时间结构，需要开发新的探测器，以满足实验的要求，同时符合机器的具体操作参数。自适应增益积分像素探测器（AGIPD）是对大型2D探测器需求的一种响应，能够应对4.5 MHz帧速率，以及XFEL实验所需的高动态范围，范围从单个光子到每个脉冲每个像素10个以上的$^4$ 12 keV光子。此外，它还必须在三年内承受高达1 GGy的剂量。
2013-03-11 physics.ins-det
Frequency-Multiplexed bias and readout of a 16-pixel Superconducting Nanowire Single-Photon Detector Array
我们展示了一个16像素阵列的射频超导纳米线单光子探测器与集成和可扩展的频分复用架构，减少了所需的偏置和读出线到一个单一的微波馈线。讨论了嵌入在谐振电路中的光子敏感纳米线的电学行为，以及单个探测器的光学性能和定时抖动。除了单像素测量，我们还演示了16像素阵列的时间，空间和光子数分辨率的操作。
2017-04-28 cond-mat.supr-con physics.ins-det
Study of Silicon Pixel Sensors for Synchrotron Radiation Detection
混合像元单光子计数探测器已成功应用于同步辐射X射线探测中。本文研究了工作在全耗尽模式下的用于单光子探测的硅像素传感器。像素传感器制作在4英寸、N型、320μm厚的高电阻率硅晶片上。像素传感器具有p+-in-n结构，其具有变化的像素尺寸和间隙尺寸，包括保护环结构。之后，像素传感器被引线键合到ASIC电路上，并在同步加速器光束线（BSRF，1 W2 B）中测试X射线响应性能。通过S曲线扫描，我们可以得到能量分辨率和输入能量与等效发生器幅度之间的线性关系。我们制作的像素传感器具有良好的能量线性和高计数率取决于ASIC读出电路。我们通过引线键合获得了10 keV光子能量以上20%的能量分辨率。为了减小杂散电容，采用铟球键合传感器可以提高能量分辨率。
2015-04-15 physics.ins-det
X-ray polarimetry with an active-matrix pixel proportional counter
我们报告的第一个结果，从X射线旋光仪与微型气体正比计数器使用非晶硅有源矩阵读出。在4.5 keV的100%偏振X射线下，我们获得了0.33 +/- 0.03的调制因子，证实了先前关于精细分段像素正比计数器的高偏振灵敏度的报道。这里描述的探测器具有适合于天文X射线望远镜焦平面的几何形状。非晶硅读出技术将使更多的扩展和改进。
2003-03-27 astro-ph physics.ins-det
Crosstalk calibration of multi-pixel photon counters using coherent states
提出了一种基于相干光归一化二阶强度关联函数测量的多像素光子计数器（MPPC）串扰概率标定方法。该方法进行了测试的几个MPPC，并被证明是优于传统的校准方法的基础上测量的暗噪声统计。该方法不需要对各种空间分辨单光子探测器作任何修改即可适用。
2012-02-02 physics.ins-det quant-ph
Study of the internal mechanisms of Pixelized Photon Detectors operated in Geiger-mode
20世纪90年代，俄罗斯发明了一种新型的盖革模式半导体光子传感器（硅光电倍增器），它由许多微小的像素组成，具有单光子水平的灵敏度。从那时起，世界上许多地方都开发了各种类型的具有这种方案的传感器，像素化光子探测器（PPD）。例如，Hamamatsu Photonics K.K.生产PPD作为多像素光子计数器。虽然近年来对PPD的内部机制进行了深入的研究，但现有的模型不能成功地完全再现输出特性，例如低温下的波形。我们发展了一个新的模型，该模型考虑了真实雪崩过程的瞬态倍增和猝灭，并成功地再现了PPD在不同温度下的输出波形。在本文中，我们讨论我们的改进模型。
2008-08-19 hep-ex physics.ins-det
Event-Level Voxel Reconstruction in Two-Photon Absorption Scans Using Pixel-Overlap Selection in Timepix3
Cavendish Laboratory, University of Cambridge（剑桥大学卡文迪许实验室）
本文提出利用Timepix3进行两光子吸收扫描的事件级体素重建方法，通过像素重叠定义事件并估计簇级时间，实现无外部触发的稳定体素时间分配，避免了传统方法的空间偏差。
2026-04-17 physics.ins-det
Characterization of an architecture for front-end pixel binning in an integrating pixel array detector
区域检测器的优化涉及各种参数之间的折衷，如帧速率、读取噪声、动态范围和像素大小。我们已经实施和测试了一种新的前端合并设计的光子集成混合像素阵列探测器使用MM-PAD-2.0像素架构。在该架构中，可以使用开关网络选择性地将4个传感器像素的输出引导到单个放大器输入，以2 $\times$ 2像素配置对像素进行可选的装仓。这样做允许帧速率和空间分辨率之间的折衷。测试表明，装仓的像素表现良好，但与未装仓的像素相比，性能有所下降。增加的寄生输入电容确实减少了每个X射线收集的信号，并且增加了像素的噪声。然而，噪声的增加小于对于后处理中的分箱将观察到的2倍的增加。跨分箱像素的空间扫描示出了在内部分箱单元边界处没有丢失测量的信号强度。在高通量状态下，在2 $\times$ 2像素宽的束斑（FWHM）尺寸下，分箱模式线性响应高达~10 $^{7}$ x射线/s的光子通量，并且使用未分箱模式执行高达~10 $^{8}$ x射线/s的光子通量的分箱。虽然这项研究证明了集成检测器中前端合并的概念证明，但我们还确定了对该早期原型的更改，这些更改可以进一步提高合并像素结构的性能。
2020-11-05 physics.ins-det
Delayed avalanches in Multi-Pixel Photon Counters
Hamamatsu Photonics于2013年推出了新一代多像素光子计数器，大大降低了后脉冲率。在本文中，我们通过使用405至820 nm的激光测试2013年之前和2013年之后的设备来调查后脉冲的原因。这样做，我们调查的可能性，afterpulsing也是由于雪崩中产生的光子，而不是杂质捕获雪崩中产生的带电载流子，并在稍后的时间释放它们。对于2013年以前的器件，我们观察到在637、777 nm和820 nm处延迟ns至几百ns的雪崩，这表明在硅体的零场区域中产生的空穴可以扩散回到高场区域，从而触发延迟雪崩。另一方面，2013年后在777nm处没有表现出超过100 ns的延迟雪崩。我们还证实，2013年后的设备表现出约25倍的低后脉冲。总而言之，我们的测量结果表明，硅块中雪崩产生的光子吸收以及随后的空穴扩散回到结是2013年之前器件的后脉冲的重要来源。在我们的初步结果发布后，滨松似乎在2013年解决了这个问题。我们还表明，即使在短波长的时序分布表现出尾巴在亚纳秒范围内，可能会损害MPPC的定时性能。
2017-03-14 physics.ins-det
Single photon time resolution of photodetectors at high rate: Hamamatsu R13742 MaPMT and R10754 MCP-PMT
本文报道了两个光电探测器的时间分辨率的单光子计数器在高速率：滨松R13742-103-M64“传统”（基于金属倍增管）多阳极光电倍增管（MaPMT）和滨松R10754-07-M16微通道板光电倍增管（MCP-PMT）。在低光子速率下，MCP-PMT的时间分辨率（渡越时间扩展或抖动）约为70 ps FWHM（约为30 ps RMS），但在约100 kHz/mm^2以上达到饱和。MaPMT可以处理最高测试值10 MHz/mm^2的光子计数率。当仅像素中心被照亮时，其时间分辨率为~250 ps FWHM（~110 ps RMS），但是当整个像素区域被照亮时，像素边缘效应将分辨率降低到~400 ps FWHM（~170 ps RMS）。
2020-09-17 physics.ins-det
A Near-Infrared 64-pixel Superconducting Nanowire Single Photon Detector Array with Integrated Multiplexed Readout
我们展示了一个64像素的超导纳米线单光子探测器的自由空间耦合阵列，在近红外范围内的高检测效率进行了优化。一个集成的，易于扩展的，多路复用读出方案被用来减少读出线的数量为16。低温，光学和电子封装读出阵列，以及表征测量进行了讨论。
2015-04-10 physics.ins-det quant-ph
Optimization of radiation hardness and charge collection of edgeless silicon pixel sensors for photon science
硅传感器的有源边缘技术的最新进展使得能够通过利用无边缘传感器来开发大面积平铺硅像素探测器，其中模块之间具有小死区。这种技术已经在一些代工厂成功生产基于ATLAS和Medipix的硅像素传感器中得到了证明。然而，无边缘传感器的缺点是电离辐射的辐射硬度差和边缘像素的不均匀电荷收集。在这项工作中，辐射硬度的无边传感器具有不同的极性已经使用Synopsys TCAD与X射线辐射损伤参数的实施进行了研究。结果表明，如果不存在传统的保护环，则当前设计中没有一个能够在辐照至约10 MGy的剂量后实现高击穿电压（通常< 30 V）。此外，电荷收集模型已被开发，并被用来计算收集的电荷的边缘像素的无边缘传感器时，与X射线照射。该模型考虑了像素传感器内部的电场分布、X射线的吸收、电子和空穴的漂移和扩散、电荷共享效应以及ASIC中的阈值设置。研究发现，边缘像素的电荷收集不均匀是由电场的强烈弯曲引起的，这种不均匀性与偏置电压、传感器厚度以及有源边缘到最后一个像素的距离（“边缘间距”）有关。特别地，靠近传感器的有效边缘的最后几个像素对低能量X射线（< 10 keV）不敏感，特别是对于具有较厚Si和较小边缘空间的传感器。模型计算的结果与实测结果进行了比较，两者吻合较好。该模型已被用于优化边缘设计。
2014-10-03 physics.ins-det
A four-pixel single-photon pulse-position camera fabricated from WSi superconducting nanowire single-photon detectors
我们展示了一个可扩展的读出方案的红外单光子脉冲位置相机组成的WSi超导纳米线单光子探测器（SNSPD）。对于NXN阵列，仅需要2XN导线来获得检测事件的位置。作为原理证明，我们展示了一个2 x 2数组的结果。
2013-11-14 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Novel Multi-pixel Silicon Photon Detectors and Applications in T2K
如今，诸如高能物理（HEP）、医学成像设备、便携式辐射探测器等的众多领域，需要一种坚固、小型、可靠和容易获得的光子检测器，其在各种环境中，例如在强磁场存在下是稳定的。最近可用的$\sim$ 1 mm $^{\textrm{2}}$有源区多像素光子计数器（MPPC）传感器，由滨松光子学公司生产，已被发现是可靠的，是一个有吸引力的选择，用于HEP应用。以下传感器特性已经过T2 K合作组织的全面测试：增益、暗噪声、检测效率、可靠性。这些似乎是稳定的;此外，还评估了许多器械之间的特征扩散。具有较大面积的传感器正在开发用于成像和直接与闪烁体耦合的目的。
2009-10-23 hep-ex physics.ins-det
Radiation Tests of Hamamatsu Multi-Pixel Photon Counters
给出了滨松2.0 x 2.0~ mm 2硅通孔（S13360- 2050 VE）多像素光子计数器或MPPC [1]的辐射测试结果。不同的8个MPPC组暴露于4个不同的1~MeV中子当量剂量的200 MeV质子。在不同的偏置过电压，光电子阈值，和LED照明水平的击穿电压，增益和噪声率进行了测量之前和之后的照射。没有观察到击穿电压、增益和响应的性能显著恶化。噪声率显着增加与照射。这些研究是在费米国家加速器实验室的Mu 2 e实验的宇宙射线否决探测器的MPPC要求的背景下进行的。
2019-06-17 hep-ex physics.ins-det
Operation of Multi-Pixel Radio-Frequency Superconducting Nanowire Single-Photon Detector Arrays
射频超导纳米线单光子探测器（RF-SNSPD）的概念允许多个SNSPD的偏置和读出线的频分复用（FDM）。使用这种方法，多像素阵列可以仅由一条馈线操作。因此，系统复杂性以及热负荷显著降低。为了将许多像素分配到小带宽中，每个设备的品质因数是至关重要的。在本文中，我们提出了一种改进的RF-SNSPD的设计。这种新的设计使得能够简单地调谐品质因数以及谐振频率。利用一个双像素器件，我们已经证明了探测器之间没有串扰的操作，并显示了时间，空间和光子数分辨率。因此，单个像素仅需要14 MHz的带宽。
2016-12-07 cond-mat.supr-con physics.ins-det physics.optics
Single-channel electronic readout of a multipixel superconducting nanowire single photon detector
我们提出了一种时间超过阈值读出技术计数激活的像素从超导纳米线单光子探测器（SNSPD）阵列的数量。这种技术保持了单个像素的固有定时抖动，不会对低温恒温器施加额外的热负载，并保持了时间标记器的固有计数率。我们证明了一个四像素设备的原理操作。此外，我们表明，给定一些允许的误差阈值，可以可靠地读出的像素的数量与单个像素响应的固有信噪比成线性关系。
2019-11-12 physics.ins-det quant-ph
Simulation study of the impact of AGIPD design choices on X-ray Photon Correlation Spectroscopy utilizing the intensity autocorrelation technique
欧洲XFEL，目前正在建设中，将产生一个相干X射线脉冲每222纳秒的脉冲序列高达2700个脉冲。与目前正在开发的快速二维区域探测器相结合，将有可能在亚微秒时间尺度上用非遍历系统进行X射线光子相关光谱学（XPCS）实验。使用探测器模拟工具HORUS对欧洲XFEL采用强度自相关技术的自适应增益积分像素探测器（AGIPD）进行了案例研究。由于当像素尺寸接近（小）散斑尺寸时获得来自XPCS实验的最佳结果，本研究比较了AGIPD（像素尺寸为（200 $\upmu$ m）$^2$）的探测器的可能的有孔版本和具有（100 $\upmu$ m）$^2$像素大小，并研究强度波动和非相干噪声对所获取数据质量的影响。直观的结论是，孔径是没有好处的，因为数据是'扔掉'被证明是正确的低强度。对于强度大于约1光子/（100 $\upmu$ m）发现$^2$开孔是有益的，因为电荷共享效应被排除在外。结果表明，对于所调查的情况，（100 $\upmu$ m）$^2$像素产生的结果显著优于当平均强度超过每（100 $\upmu$ m）$^2$约0.05个光子时，测量（200 $\upmu$ m）$^2$像素。虽然系统在设计上有很大的不同，但它们的信噪比变化仅为2-3倍，提取的相关常数的相对误差变化更小。然而，不同的系统对强度的依赖性表现出明显不同的特点。
2011-11-07 physics.ins-det
Multi-pixel Photon Counter for operating the tabletop cosmic-ray detector under loosely controlled conditions
多像素光子计数器（MPPC）是近年来出现并实现的一种新型硅光电倍增器，用于取代或补偿传统的真空基光电倍增管。MPPC提供了许多显著的特征，例如高电增益、出色的光子探测效率、快速的定时响应、对磁场的免疫力、低电压操作、紧凑、便携和成本效益。该报告介绍和检查的电气和光学特性的MPPC在松散控制的环境条件下。此外，我们报告的测量时，宇宙射线通过塑料闪烁体的MPPC捕获的光产额，证明这样的设置是适合于建立一个简单的，具有成本效益的桌面宇宙射线探测器的教育和研究目的。
2021-06-16 hep-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
Performance of Multi-Pixel Photon Counters for the T2K near detectors
我们为T2K实验的中微子探测器研制了多像素光子计数器（MPPC）。在大约一年的时间里，已经生产和测试了大约64，000台MPPC。为了表征大量的MPPC，我们已经开发了一个系统，同时测量64 MPPC与各种偏置电压和温度。MPPC的性能满足T2K实验的要求。在本文中，我们介绍了在京都大学测量的17，686 MPPC的性能。
2010-07-16 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Design, construction, characterization, and testing of one-channel electronic module for the Hamamatsu Multi-Pixel Photon Counter S12572-100P
为驱动滨松 MPPC S12572-100P，提出并测试了三电子板单通道模块，实现了 100 Hz 至 1 MHz 频带内 72%-82% 的传输系数及 99.99% 的数字化效率。
2023-05-17 physics.ins-det
Strategies for on-chip digital data compression for X-ray pixel detectors
对具有更高帧速率的X射线像素检测器的持续需求将强调专用集成电路（ASIC）设计者提供足够的片外带宽以达到1 MHz范围中的连续帧速率的能力。为了从当前的10 kHz帧速率过渡到1 MHz帧速率，ASIC设计人员将继续在ASIC的外围封装尽可能多的高功耗高速收发器。然而，在本文中，我们提出了新的策略，使最有效地利用片外带宽，利用数据压缩计划的X射线光子计数和电荷积分像素探测器。特别是，我们描述了一种新的像素内压缩方案，从模拟到数字转换器单元转换到光子泊松噪声水平附近的编码光子计数，并实现独立于数据集的$>\!1.5\times$的压缩比。此外，我们描述了一个简单而有效的零抑制压缩方案，称为“零掩码”（ZM）位于ASIC的边缘，然后将数据流从ASIC芯片。ZM分别实现了高能X射线衍射、重叠关联成像和X射线光子相关光谱数据集的$>\!4\times$、$>\!7\times$和$>\!8\times$的平均压缩比。我们提出的概念设计，寄存器传输级框图，这些压缩方案在65纳米CMOS的物理ASIC实现。当组合时，这两种数字压缩方案可以将有效片外带宽增加6-12倍$\times$。
2020-08-01 physics.ins-det
Charge and temporal characterisation of silicon sensors using a two-photon absorption laser
第一次测量是从一个新委托的双光子吸收（TPA）设置在Nikhef。系统的各个组成部分的特性进行了讨论。两个平面硅传感器，一个是电子收集和一个空穴收集，其特征在于与电荷收集和时间分辨率的详细测量。TPA斑点被确定为在硅中具有0.975（11）$μ\text{m}$的半径和23.8 $μ\text{m}$的长度。系统的触发时间分辨率最大为30.4 ps。对于两种传感器，在像素上观察到均匀的电荷收集，并且使用TPA技术直接对像素侧金属化进行成像。单个像素的最佳时间分辨率分别为电子和空穴收集传感器的600 ps和560 ps，并且由ASIC贡献主导。在传感器中的不同深度和像素内的位置处进行了进一步扫描，并且显示出均匀的响应。它的结论是TPA设置是一个强大的工具，调查硅传感器的电荷收集和时间特性。
2022-01-24 physics.ins-det
Large active-area superconducting microwire detector array with single-photon sensitivity in the near-infrared
研究提出首个8像素1 mm²超导微线单光子探测器阵列，采用WSi和MoSi薄膜制备，在1064 nm波长下实现单光子敏感性和饱和内部探测效率，为大面积暗物质搜索及物理实验器件提供了可行途径。
2023-03-19 physics.ins-det
Simulations and Design of a Single-Photon CMOS Imaging Pixel Using Multiple Non-Destructive Signal Sampling
介绍了一种基于多电荷传输和采样的钉扎光电二极管（PPD）的单光子CMOS图像传感器设计。在所提出的像素架构中，光生信号被非破坏性地采样多次，并且结果被平均。每个信号测量在统计上是独立的，并且通过平均，电子读出噪声被降低到可以可靠地区分单个光子的水平。使用这种方法的像素设计已经在TCAD中进行了模拟，并且已经为180 nm CMOS图像传感器工艺生成了几种布局。使用模拟，像素的噪声性能已被确定为样本的数量，感测节点电容，采样率和晶体管特性的函数。详细讨论了所提出的设计的优点和局限性，包括噪声性能和读出速率之间的权衡和电荷转移效率低下的影响。我们的第一个原型设备的预期性能表明，单光子成像是触手可及的，可以在许多科学和工业成像应用中实现突破性的性能。
2020-04-06 astro-ph.IM physics.ins-det
Cryogenic readout for multiple VUV4 Multi-Pixel Photon Counters in liquid xenon
我们提出了一个阵列的性能和表征的S13370- 3050 CN（VUV 4代）多像素光子计数器由滨松制造，并配备了一个低功耗的工作在液体氙温度（~ 175 K）的光子计数器。电子设计用于读出最大尺寸为8 x 8的单个光电传感器的矩阵，并且它基于单个运算放大器。本文介绍的检波器原型采用ADI公司的电流反馈运算放大器AD 8011，但也可根据应用使用其他型号。为了使工作在不同电压下的光电传感器的增益均衡，设计了一种偏置校正电路。结果表明，单光子探测能力，使该设备的未来一代的大规模暗物质探测器的基础上液体氙，如达尔文的一个有前途的选择。
2017-12-28 hep-ex physics.ins-det
Inter-pixel cross-talk as background to two-photon interference effects in SPAD arrays
该研究表征 LinoSPAD2 的像素间串扰，并将其与 HBT 双光子干涉联合测量和交叉校准，量化了近邻及长程串扰概率。
2024-09-06 physics.ins-det quant-ph
Characterization and Simulation of the Response of Multi Pixel Photon Counters to Low Light Levels
T2K近距离探测器的量热计、距离探测器和有源目标元件依靠滨松光子多像素光子计数器（MPPC）来探测带电粒子产生的闪烁光。详细测量的MPPC增益，afterpulsing，串扰，暗噪声，和光子探测效率低光水平的报告。为了解释MPPC行为对T2K物理观测值的影响，基于这些测量开发了一个模拟程序。模拟被用来预测探测器的能量分辨率。
2011-01-11 hep-ex physics.ins-det
Ultraviolet photon-counting single-pixel imaging
本文研制基于4H-SiC SPAD的自由运行紧凑型单光子探测器，并结合结构光实现紫外光子计数单像素成像，可在低照度下分辨透明物体并成像紫外光源。
2023-06-29 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Quantum detector tomography of a 2x2 multi-pixel array of superconducting nanowire single photon detectors
我们展示了一个商业的超导纳米线单光子探测器的2x2阵列的量子探测器断层扫描。我们表明，探测器的具体数字的优点，包括效率，暗计数和串扰的概率可以直接提取，而不求助于底层的探测器物理。这些品质因数直接从设备的重构正算子值测量（POVM）的仅仅四个元素中识别。我们表明，探测器断层扫描提取的效率和暗计数概率的值显示出良好的协议与这些数量的独立测量，我们提供了一个直观的操作定义串扰概率。最后，我们表明，重建所需的参数必须仔细选择，以避免过度平滑的数据。
2020-07-31 physics.ins-det quant-ph
Full-color photon-counting single-pixel imaging
我们提出并实验证明了一种高效率的单像素成像（SPI）方案，通过集成时间相关单光子计数（TCSPC）与时分复用，以获取全色图像在极低的光水平。该方案利用数字光调制器对激光脉冲序列进行调制，实现三色结构照明，然后将光电倍增管引入TCSPC模块，实现光子计数检测。通过利用TCSPC的时间分辨能力，我们解调的频谱图像编码信号，然后重建高质量的全色图像在一个单一的一轮测量。在此基础上，采用单步测量、高速投影、欠采样等策略进一步提高了成像效率。
2021-09-06 eess.IV physics.ins-det physics.optics
Post-fabrication trimming of a 1024-pixel, single-photon counting, Microwave Kinetic Inductance Detector array with a pixel pitch of 150 micron
Space Research Organisation Netherlands (SRON)（荷兰空间研究所）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
针对紧密排列的微波动力学电感探测器阵列，提出制造后修整方法，将频率散布降低两个数量级，良率从76%提升至94%。
2026-09-11 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
Initialization-robust characterization of deep sub-electron read noise pixels via annealed PCH-EM
提出退火 PCH-EM 算法以最大似然表征 DSERN 像素，解决了初始化依赖导致的局部最优问题，在 DSERN 范围内不确定性低于 PT 方法，并实现了从灰度值到电子计数的直接校准。
2025-09-16 physics.ins-det
Unveiling photon statistics with a 100-pixel photon-number-resolving detector
单光子探测器在量子信息科学和量子传感中无处不在。它们是众多科学发现和量子光学基础测试的关键技术。光子数旋转探测器是光的最终测量工具。然而，迄今为止，很少有探测器可以提供高保真的光子数分辨率在几个光子的水平。在这里，我们展示了一个芯片上的检测器，可以解决多达100个光子的时空多路复用的超导纳米线阵列沿单个波导。无与伦比的光子数分辨率与高速响应相结合，使我们能够首次揭示真正的热光源的量子光子统计，这是通过直接测量高阶关联函数g^（N）（N高达15），观察光子减法诱导的光子数增强，以及对相干光源的量子限制态鉴别来实现的。我们的探测器为各种重要的应用提供了一条可行的路线，包括光子量子计算和量子精密测量。
2022-06-28 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Study of Micro Pixel Photon Counter for the Application to Positron Emission Tomography
未来正电子发射断层成像机的设计所面临的主要挑战是空间和时间分辨率的提高以及与磁共振的组合操作。Hamamatsu的微像素光子计数器是此应用的良好候选者。它的小尺寸（低至1 mm2）和高光电探测效率在蓝色光谱区域允许直接读出高度分段的闪烁体矩阵，提高了机器的空间分辨率。此外，该光电探测器对高达5 T的静态磁场不敏感，这使得它成为磁共振环境中应用的可能候选者，尽管仍需要在快速变化的梯度场中进行测试。本研究的目的是通过MPPC的闪烁体晶体读出组成的系统的特性。将1x1x15 mm3和3x3x15 mm3的晶体直接耦合到相同尺寸有源区的MPPC，并测量511 keV的能量分辨率。测量了两个这样组装的探测器单元的符合时间分辨率。第一次比较LSO和LFS晶体的性能。
2008-05-05 physics.ins-det physics.med-ph
A Few Photons Among Many: Unmixing Signal and Noise for Photon-Efficient Active Imaging
传统的LIDAR系统需要数百或数千个光子检测来形成精确的深度和反射率图像。最近的光子高效的计算成像方法是非常有效的，只有1.0至3.0检测到的光子每像素，但他们没有证明在信号与背景比（SBR）低于1.0，因为他们的成像精度显着降低在存在高背景噪声。我们介绍了一种新的方法，深度和反射率估计，重点是从信号和噪声源的解混贡献。在图像中的每个像素处，自适应地确定并应用短持续时间范围门以去除可能是由于噪声引起的检测。对于检测太少而无法准确执行这种审查的像素，我们从相邻像素中借用数据来改善深度估计，其中邻域形成也自适应于场景内容。在不同的噪声水平的实验数据上证明了算法的性能。结果表明，反射率和深度估计的最先进的方法，特别是在低信号背景比的改进性能。特别是，准确的成像被证明与SBR低至0.04。这种光子效率高、噪声耐受性强的方法的验证证明了快速、远程和低功率LIDAR成像的可行性。
2016-09-23 physics.ins-det stat.AP
Sub-pixel resolution with color X-ray camera SLcam(R)
彩色X射线照相机SLcam（R）是一款全视场、单光子探测器，可提供无扫描、能量和空间分辨的X射线成像。空间分辨率是通过使用多毛细管光学器件将X射线光子从样品上的小区域引导到CCD上的不同能量色散像素来实现的。应用亚像素分辨率，可以区分来自各个毛细管通道的信号。因此，SLcam（R）空间分辨率可以从被限制而不是单个多毛细管通道的直径的像素大小释放。在这项工作中，提出了一种新的方法，亚像素分辨率算法包括光子事件也从像素中心。所采用的数值方法和几个亚像素分辨率的例子的细节介绍和讨论。
2015-01-27 astro-ph.IM physics.data-an physics.ins-det
Development of a single-photon imaging detector with pixelated anode and integrated digital read-out
我们提出了一个单光子探测器和连接的读出电子学的发展。这种“混合”探测器基于真空管、透射光电阴极、微通道板和封装模拟和数字前端电子器件的像素化CMOS读出阳极。该组件将能够检测高达每秒$10^9$光子，同时测量位置和时间。所使用的像素化读出阳极基于在Medipix 4协作框架中设计的Timepix 4 ASIC（$65~\mathrm{nm}$ CMOS技术）。该ASIC是分布在$55~\mathrm{μm}$方形间距上的$512\times448$像素阵列，具有$\sim 7~\mathrm{cm}^2$的敏感区域。它具有$50$ - $70~\mathrm{e^{-}}$等效噪声电荷，最大速率为$2.5~\mathrm{Ghits/s}$，并允许对前沿时间进行时间标记，并测量每个像素的超阈值时间（ToT）。像素集群位置与其ToT信息相结合将允许达到$5$ - $10~\mathrm{μm}$位置分辨率。该信息还可以用于校正前沿时间游走，从而实现$10~\mathrm{ps}$量级的定时分辨率。由于封装的前端电子器件允许本地数据处理和数字化，该探测器将非常紧凑。远离探测器放置的基于FPGA的数据采集板将使用在$10.24~\mathrm{Gbps}$运行的$16$电光链路接收探测器命中。数据采集板将解码信息并将相关数据存储在服务器中以供离线分析。这些性能将使粒子物理学、生命科学、量…
2021-12-20 hep-ex physics.ins-det
Photon-noise: Is a single-pixel camera better than point scanning? A signal-to-noise ratio analysis for Hadamard and Cosine positive modulation
在单像素相机中，未知对象被强度图案顺序地照亮。总反射或透射强度在单像素检测器中求和，从该检测器计算重建对象。在测量受到光子噪声限制的情况下，单像素相机的性能是否优于或劣于简单地用聚焦强度点扫描物体是有疑问的-该模式被称为\textit{point raster scanning}并在许多激光扫描系统中使用。在这里，我们解决了这个一般性的问题，并报告说，积极的强度调制的基础上阿达玛或余弦图案不一定提高单像素相机的信噪比（SNR）相比，点光栅扫描，相比光栅扫描。相反，我们表明，SNR仅在对象像素上得到改善，至少比对象平均信号亮k倍，其中k是取决于调制方案的常数。这一基本属性的理论和数值证明。它也被实验证实在空间域-宽场荧光成像-和在光谱域-自发拉曼光谱测量。最后，我们提供了面向用户的指导方针，帮助决定何时以及如何在光子噪声下使用多路复用，而不是点光栅扫描。
2022-10-04 physics.app-ph physics.data-an physics.ins-det
Contrast resolution of few-photon detectors
我们分析了在低光强度下，在单色像素化图像采集系统中区分不同强度的能力。在实践中，后者意味着每个像素检测每个采集的图像帧的可计数数量的光子。首先，我们比较了基于点击检测类型和光子数分辨（PNR）类型检测器的像素的系统，但我们的模型可以在两者之间无缝插值。我们还讨论了在分配正确的强度（或“灰度级”）的错误的概率，最后我们讨论了如何估计的水平，这需要基于阈值水平，由于检测到的光子数的随机性，应该被分配。总的来说，我们发现，PNR检测器为基础的系统提供的优势，点击检测器为基础的系统，即使在相当不理想的条件下。
2020-03-31 physics.ins-det quant-ph
Single-photon counting pixel detector for soft X-rays
本文介绍首款利用LGAD传感器内部放大、可探测低至550 eV软X射线的单光子计数混合像素探测器，并在MAX IV光源Fe L$_3$边展示其增强的叠层成像性能，为软X射线应用树立新基准。
2025-09-08 physics.app-ph physics.ins-det
Characterizing the Dark Count Rate of a Large-Format MKID Array
我们提出了一个经验测量的暗计数率看到一个大格式的MKID阵列相同的那些目前在使用的观测站，如斯巴鲁在Maunakea。这项工作提供了令人信服的证据，他们在未来的实验，需要低计数率，安静的环境，如暗物质直接检测的效用。在0.946-1.534 eV（1310-808 nm）的带通上，测量$(1.847\pm0.003)\times10^{-3}$光子/像素/秒的平均计数率。基于探测器的分辨能力将该带通分解为5个等能量仓，我们发现在MKID中看到的平均暗计数率为从0.946-1.063 eV的$(6.26\pm0.04)\times10^{-4}$光子/像素/s和在1.416- 1.534 eV的$(2.73\pm0.02)\times10^{-4}$光子/像素/s。使用低噪声读出电子读出一个单一的MKID像素，我们证明了测量的事件，而探测器没有被照亮很大程度上似乎是一个组合的真实光子，可能的荧光所造成的宇宙射线，和声子事件的阵列基板。我们还发现，在单个MKID像素上使用低噪声读出电子器件，我们在相同的带通上测量$(9.3\pm0.9)\times10^{-4}$光子/像素/秒的暗计数率（0.946-1.534 eV）利用单像素读出，我们还表征了当探测器未被照射时的事件，并表明MKID中的这些响应不同于来自已知光源（如激光器）的光子，可能来自宇宙射线激发。
2023-02-07 astro-ph.IM physics.ins-det
Near 65ps-fwhm in 20mm-LSO TOF-PET by using a time walk correction based on multi-photon stamps: a Monte Carlo study
目的：研究基于晶体光共享和多光子时间戳的时间游走评估是否可以提高TOF分辨率。方法：对SiPM（FBK-NUV-HD）进行蒙特卡罗模拟，SiPM（FBK-NUV-HD）耦合到传统的4 × 4 mm 2像素化LSO（0.2%Ca：Ce），并且还耦合到8 × 4 mm 2像素化LSO，其中三角形光学窗口允许根据DOI在两个4 × 4 mm 2子像素之间共享光。时间游走估计被建模为光子检测序列内的时间差的DOI相关加权和。为了获得最佳的TOF分辨率，对DOI相关权重进行了优化。结果：观察到两个4x 4 mm 2子像素之间的光共享的强线性DOI依赖性。4x 4x 20 mm 3 LSO的TOF分辨率分别为99.7、81.2、66.4 ps-fwhm（无任何校正）、DOI校正和DOI依赖性时间游走校正。从序列中第（2**k）个光子的7个时间戳导出时间游走校正，其中k在[0，6]内。结论：可以从光子时间探测序列估计光子时间游走，并且可以有利地与DOI评估相结合以提高TOF分辨率。
2020-10-09 physics.ins-det physics.med-ph
Position Sensitive Response of a Single-Pixel Large-Area SNSPD
超导纳米线单光子探测器（SNSPD）通常用作单模光纤耦合单像素探测器，但大面积探测器对于从显微镜到自由空间量子通信的应用越来越重要。在这里，我们探讨的变化，读出脉冲的上升沿为大面积SNSPD的偏置电流，检测器上的光斑大小，和每个脉冲的光子数的函数。我们观察到一个双峰分布的上升时间，并表明，一个缓慢的上升时间的概率增加的限制，大的斑点尺寸和小的光子数。在低偏置电流的限制下，暗计数读出脉冲与组合的大光斑尺寸和小光子数亮计数读出脉冲最相似。这些结果是一致的一个简单的模型，由单光子入射在不同的位置沿纳米线的长度激发的行进微波模式。
2020-05-29 physics.app-ph physics.ins-det quant-ph
X-ray Imaging Using a Hybrid Photon Counting GaAs Pixel Detector
在室温下研究了混合GaAs像素探测器作为X射线成像传感器的性能。这些混合电路包括300 μ m厚的GaAs像素探测器，倒装芯片键合到CMOS单光子计数芯片（PCC）。该芯片由64 x 64个相同的方形像素（170 μ m x 170 μ m）组成，总面积为1.2 cm**2。每个单元中的电子器件包括一个ADC、一个具有3位阈值调整的ADC和一个15位计数器。该探测器是由一个肖特基二极管的半绝缘LEC-GaAs体材料上处理的阵列。IV-characteristic和检测器偏置电压扫描表明，检测器可以在200 V左右的电压下工作。通过使用用于牙科诊断的标准X射线管拍摄各种对象的图像。还测定了信噪比（SNR）。这些成像系统的应用范围从医疗应用（如数字乳房X射线照相术或牙科X射线诊断）到非破坏性材料测试（NDT）。由于探测器和读出芯片分离，可以研究和比较不同的材料。
1998-12-21 physics.ins-det physics.med-ph
