多像素光子計(jì)數(shù)器 (MPPC)，也稱為硅光電倍增器 (SiPM)，是一種固態(tài)光電倍增管，點(diǎn)擊此處了解MPPC超全參數(shù)性能解析來看，影響硅光電倍增管（SiPM/MPPC）性能的參數(shù)有哪些。該款產(chǎn)品非常適合單光子計(jì)數(shù)和其他超低光應(yīng)用可以廣泛應(yīng)用于學(xué)術(shù)研究（生物光子學(xué)、粒子物理學(xué)、量子計(jì)算等）、測(cè)量?jī)x器（流式細(xì)胞儀，顯微鏡等），PET掃描儀，激光雷達(dá)等。

本文將通過一款典型的MPPC模塊C13365-3050SA（內(nèi)置探測(cè)器型號(hào)為S13360-3050CS）的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為大家演示MPPC的噪聲特性、單光電子響應(yīng)、時(shí)間特性、LED信號(hào)響應(yīng)等輸出波形樣式，幫助大家理解MPPC。

測(cè)試設(shè)備：

C13365-3050SA 模塊由 MPPC（S13360-3050CS）、信號(hào)放大器電路、高壓電源電路和溫度補(bǔ)償電路組成。受光面為 3 × 3 mm，像素尺寸50 μm，像素?cái)?shù)量3600個(gè)，信號(hào)輸出為模擬信號(hào)。

測(cè)試條件：

● 暗箱避光；● 環(huán)境溫度25 ℃左右；● 示波器輸出阻抗1 MHz。

測(cè)試項(xiàng)目（共9項(xiàng)）：

● 暗計(jì)數(shù)率；● 按脈沖余輝圖；● 串?dāng)_率；● 1 p.e.波形圖；● 1 p.e.與2p.e.波形對(duì)比；● 暗脈沖堆疊波形圖；● 上升時(shí)間&下降時(shí)間；● 大脈沖信號(hào)輸出波形；● 寬脈沖信號(hào)輸出波形。

暗計(jì)數(shù)率

1、正常上電后，探測(cè)器會(huì)做出什么反應(yīng)？

C13365-3050SA上電后示波器會(huì)立即出現(xiàn)響應(yīng)，信號(hào)基線在0 mV左右，單光電子幅值約23 mV，其他情況則可能器件出現(xiàn)異常。

2、暗計(jì)數(shù)如何分布，p.e.指的是什么?

暗計(jì)數(shù)隨機(jī)分布，除了有1 p.e.( photon equivalent，等效光電子數(shù))，還有2 p.e.和3 p.e.信號(hào)。

3、上電后，暗計(jì)數(shù)為什么會(huì)上升？

模塊上電后，通過溫度傳感器（LM94021）輸出電壓顯示局部溫度上升，進(jìn)一步由于電源模塊（C11204-01）的溫度補(bǔ)償功能，反向偏壓增加，暗計(jì)數(shù)率變大，半小時(shí)后穩(wěn)定在580 kHz左右。

暗脈沖余輝圖

1、C13365-3050SA輸出單光子信號(hào)幅值多少？

單光子信號(hào)幅值約為23 mV。

2、為什么感覺觸發(fā)后的暗計(jì)數(shù)比觸發(fā)前的密集？

暗脈沖觸發(fā)后，后脈沖效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致脈沖數(shù)比觸發(fā)前多。

3、為什么有不同幅值的信號(hào)輸出？

由于串?dāng)_效應(yīng)，導(dǎo)致MPPC的暗脈沖除了有1 p.e.信號(hào)還有2，3，4 p.e.等信號(hào)。

4、不同幅值的信號(hào)，幅度有什么聯(lián)系？

2 p.e.信號(hào)是1 p.e.信號(hào)幅值的兩倍，脈寬相同，其他p.e.信號(hào)類推。

串?dāng)_率

1、如何估計(jì)光學(xué)串?dāng)_概率？

閾值分別設(shè)置為0.5 p.e.和1.5 p.e.時(shí)，暗計(jì)數(shù)率分別為447 kHz/s和24.7 kHz/s；串?dāng)_率計(jì)算：crosstalk=N1.5 p.e./N0.5p.e. ≈ 5.5%；

2、為什么測(cè)量的串?dāng)_率比S13360-3050的典型值大？

實(shí)測(cè)串?dāng)_率比S13360-3050的典型值（3%）偏大，這是因?yàn)榘涤?jì)數(shù)的堆積或者后脈沖的影響，日本在測(cè)試串?dāng)_率時(shí)調(diào)整了輸出波形，從而消除了堆積的影響。

1 p.e.波形圖

1、為什么測(cè)量的信號(hào)幅值只有12mV左右？

示波器輸入阻抗有兩種，示波器50 Ω負(fù)載(左)，示波器1 MΩ負(fù)載（右）。推薦使用終端電阻為10 kΩ到1 MΩ。

1 p.e.與2p.e.波形對(duì)比

1、1 p.e.與2p.e.波形有什么區(qū)別？

1 p.e波形（左），2 p.e波形（右），2 p.e.信號(hào)是1 p.e.信號(hào)幅值的兩倍。

暗脈沖堆疊波形圖

1、兩個(gè)暗計(jì)數(shù)信號(hào)前后發(fā)生的波形效果怎樣？

如圖所示，堆疊波形可以是兩個(gè)暗計(jì)數(shù)波形的疊加輸出，此外，一個(gè)暗計(jì)數(shù)并產(chǎn)生一個(gè)后脈沖波形效果類似。

上升時(shí)間&下降時(shí)間

1、MPPC時(shí)間特性怎么樣？

MPPC的上升時(shí)間可達(dá)1-2 ns，受限探測(cè)器系統(tǒng)帶寬，該模塊上升時(shí)間為8.8 ns @ 1 p.e.；下降時(shí)間為51.6 ns @ 1 p.e.。

大脈沖信號(hào)輸出波形

1、探測(cè)器對(duì)LED大脈沖信號(hào)響應(yīng)如何？

如圖所示，通過LED輸出大脈沖信號(hào)，脈寬40 ns，脈沖幅值正比于光強(qiáng)。對(duì)于大脈沖信號(hào)，信噪比極高。

寬脈沖信號(hào)輸出波形

1、探測(cè)器對(duì)LED寬脈沖信號(hào)響應(yīng)如何？

如圖所示，通過LED輸出寬脈沖信號(hào)，脈寬4 us。對(duì)于寬脈沖信號(hào)，多個(gè)APD同時(shí)并持續(xù)發(fā)生雪崩，導(dǎo)致信號(hào)臺(tái)階上去后下不來，直到LED處于熄滅狀態(tài)。

看得見的輸出波形才安心，本期有關(guān)MPPC單光子響應(yīng)實(shí)測(cè)波形圖的介紹到此就結(jié)束了，如果大家有任何疑問可以在評(píng)論區(qū)留言，工程師會(huì)第 一時(shí)間為大家答疑解惑。

PF32不是一個(gè)單點(diǎn)的SPAD探測(cè)器，而是一個(gè)1024個(gè)單光子敏感SPAD像素陣列，具有超快的55ps時(shí)間分辨率、功能強(qiáng)大，高度緊湊的單光子計(jì)數(shù)探測(cè)器陣列。由于55ps TDC電路包圍著每個(gè)SPAD像素，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)版PF32單光子計(jì)數(shù)相機(jī)的光學(xué)填充因子只有1.5%。雖然55ps的時(shí)間分辨率和225kfps (8-bit)的吞吐量對(duì)于許多應(yīng)用至關(guān)重要，但1.5%的填充因子不免讓人覺得有些“捉襟見肘”，給科研人員帶來了極大的挑戰(zhàn)。

為了有效的改善填充因子，Photon Force經(jīng)過持續(xù)不斷的努力，新推出了PF32-MLA微透鏡版本。該微透鏡版本是PF32 SPAD陣列+TDC 單光子計(jì)數(shù)相機(jī)的升級(jí)版本——每個(gè)SPAD像素上都有一個(gè)小透鏡(微透鏡)，從而有效地將待測(cè)光信號(hào)聚焦到每個(gè)SPAD像素上。這使得PF32-MLA微透鏡版SPAD陣列+TDC 單光子計(jì)數(shù)相機(jī)的有效填充因子提高到>12%(均值)。

產(chǎn)品特點(diǎn)

? 新增：有效填充因子提高到>12%(均值)

? 32×32像素 SPAD + 時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)（TCSPC）陣列

? 每像素具有獨(dú)立光子計(jì)數(shù)

? 光子計(jì)數(shù) 和 TCSPC 雙工作模式

? Typ, 55ps分辨率

? 8bit/10bit TDC, 最大包含255/1,023個(gè)時(shí)間通道

? 8bit/16bit 光子計(jì)數(shù)深度

? 高達(dá)150k/225k fps傳感器操作和讀取

? 同步數(shù)據(jù)采集和讀出（無幀間死時(shí)間）

? 外部激光同步輸入，用于TDC STOP信號(hào)

? 單5V電源（附帶）

? USB3 接口

產(chǎn)品應(yīng)用

? 量子成像 Quantum Imaging

? 熒光壽命成像 FLIM

? 激光雷達(dá) LIDAR

? 單光子成像

產(chǎn)品參數(shù)

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