vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2020-65-1-104-109vestift-585Research ArticleРАДИОЭЛЕКТРОНИКА И ПРИБОРОСТРОЕНИЕRADIOELECTRONICS AND INSTRUMENT-MAKINGВлияние параметров оптического излучения на амплитудные характеристики кремниевых фотоэлектронных умножителейInfluence of optical radiation parameters on the amplitude characteristics of silicon photoelectron multipliersАсаёнокМ. А.AsayonakM. A.

Асаёнок Марина Анатольевна – аспирант

Maryna А. Asayonak – Postgraduate Student

m.asayonok@bsac.byЗеневичА. О.ZenevichA. O.

Зеневич Андрей Олегович – доктор технических наук, профессор, ректор

ул. Ф. Скорины, 8/2, 220114, Минск

Andrey O. Zenevich – D. Sc. (Engineering), Professor, Rector

8/2, F. Skorina Str., 220114, Minsk

a.zenevich@bsac.byНовиковЕ. В.NovikauYa. V.

Новиков Евгений Владимирович – кандидат технических наук, доцент, директор, Институт современных технологий связи учреждения образования «Белорусская государственная академия связи»

Yauhen V. Novikau – Ph. D. (Engineering), Associate Professor, Director, Institute of Modern Communication Technologies

8/2, F. Skorina Str., 220114, Minsk

e.novikov@bsac.byСорокаС. А.SarocaS. A.

Сорока Сергей Александрович – ведущий инженер

Syargey A. Saroka – Leading Engineer

soroca@oelt.basnet.byБелорусская государственная академия связиBelarusian State Academy of CommunicationsГНПО «Оптика, оптоэлектроника и лазерная техника»State Scientific and Practical Association «Optics, Optoelectronics and Laser Technology»202006042020651104109Copyright © Асаёнок М.А., Зеневич А.О., Новиков Е.В., Сорока С.А., 20202020Асаёнок М.А., Зеневич А.О., Новиков Е.В., Сорока С.А.Asayonak M.A., Zenevich A.O., Novikau Y.V., Saroca S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/585

Определены зависимости вида амплитудного распределения импульсов, созданных фототоком кремневых фотоэлектронных умножителей, от интенсивности регистрируемого оптического излучения. В качестве объектов исследования использовались серийно выпускаемые кремниевые фотоэлектронные умножители Кетек РМ 3325 и ON Semi FC 30035, а также умножители из опытной партии, произведенной ОАО «ИНТЕГРАЛ» (Республика Беларусь). Выполнены исследования амплитудного распределения импульсов напряжения, сформированных на нагрузочном резисторе кремниевых фотоэлектронных умножителей фототоком, для различных значений энергетической экспозиции оптических импульсов. Определен диапазон значений энергетической экспозиции оптических импульсов, в котором амплитудные распределения выходных импульсов фотоумножителей имеют ярко выраженные пики. Установлено, что с увеличением энергетической экспозиции оптического импульса часть пиков исчезает, а все зависимости средней амплитуды таких импульсов от величины энергетической экспозиции оптического импульса для кремниевых фотоэлектронных умножителей имеют линейный участок. Показано, что увеличение энергетической экспозиции оптических импульсов приводит к росту дисперсии амплитудного распределения выходных импульсов фотоумножителей. Получено, что для линейной зависимости энергетической экспозиции оптического импульса от длительности оптического импульса в диапазоне от 50 нс до 1 мкс исследуемые кремниевые фотоэлектронные умножители формировали импульсы напряжения длительностью 1 мкс с одинаковыми фронтами нарастания и спада. При этом средняя амплитуда этих импульсов имела линейную зависимость от длительности оптического импульса. Полученные результаты могут найти применение при проектировании фотоприемных устройств контроля уровня ионизирующего излучения для атомных электростанций, для квантовых информационных систем и в оптической связи при передаче информации с контролем наличия каналов утечки информации.

At present, silicon photoelectronic multipliers with a low voltage, high sensitivity in the visible and near infrared spectral regions, and large amplification factors are often used to record optical radiation in a wide range of intensities of the visible and near infrared spectral regions. The purpose of this article is to determine the dependence of the type of amplitude distribution of pulses, created by silicon photoelectronic multipliers, on the intensity of the recorded optical radiation. As research objects, commercially available Ketek PM 3325 and ON Semi FC 30035 silicon photomultiplier tubes have been used, as well as multipliers from a pilot batch manufactured by OJSC “INTEGRAL” (Republic of Belarus). The paper studies the amplitude distribution of voltage pulses, formed on the load resistor of silicon photoelectronic multipliers by the photocurrent for various values of the energy exposure of optical pulses. The range of values of the energy exposure of optical pulses was determined at which the amplitude distributions of these pulses have pronounced peaks. It was found out that with increasing energy exposure of the optical pulse, part of the peaks disappears. It was established that all the dependencies of the average amplitude of such pulses on the magnitude of the energy exposure of the optical pulse for silicon photomultiplier tubes have a linear section. The performed experimental studies showed that an increase in the energy exposure of optical pulses results in an increase in the dispersion of the amplitude distribution of pulses. It was found that for a linear dependence of the energy exposure of the optical pulse on the optical pulse duration in the range from 50 ns to 1 μs, the studied silicon photoelectronic multipliers formed voltage pulses of 1 μs duration with the same rising and falling edges. In this case, the average amplitude of these pulses had a linear dependence on the duration of the optical pulse. The results can be used in design of photodetector devices for monitoring the level of ionization radiation for nuclear power plants, for quantum information systems and in optical communications for transmitting information with monitoring the presence of information leakage channels.

амплитудное распределениекремниевый фотоэлектронный умножительинтенсивность регистрируемого оптического излучениядлительность оптических импульсовamplitude distributionsilicon photoelectron multiplierintensity of detected optical radiationduration of optical pulsesРабота выполнена при поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (договор № 18АЗ-014).This work was supported by the Belarusian Republican Foundation for Basic Research (Agreement No. T18AЗ-014).ReferencesГулаков, И. Р. Фотоприемники квантовых систем / И. Р. Гулаков, А. О. Зеневич. – Минск: УО ВГКС, 2012. – 276 с.Gulakov I. R., Zenevich А. О. Photodetectors of Quantum Systems. Minsk, UO VGKS, 2012, 276 p. (in Russian).Development of a solid-state photomultiplier based on an array of Geiger mode CMOS avalanche photodiodes / W. G. Lawrence [et al.] // Proc. of SPIE. Semiconductor Photodetectors III / M. J. Cohen, E. L. Dereniak. – 2006. – Vol. 6119. – 10 p. https://doi.org/10.1117/12.644917Lawrence W. G., Stapels C. J., Augustine F. L., Christian J. F. Development of a solid-state photomultiplier based on an array of Geiger mode CMOS avalanche photodiodes. Proc. of SPIE. Semiconductor Photodetectors III, 2006, vol. 6119. https://doi.org/10.1117/12.644917Твердотельный электронный умножитель многоцелевого назначения на основе гейгеровских микроячеек / Е. А. Георгиевская [и др.] // Приклад. физика. – 2003. – № 2. – С. 123–128.Georgievskaya E. A., Klemin S. N., Filatov L. A., Buzhan P. Zh., Dolgoshein B. A., Ilyin A. L., Kantserov V. A., Kaplin V. A., Karakash A. I., Pleshko A. D., Popova E. V., Smirnov S. Yu. The solid-state silicon photomultiplier for a wide range of applications. Prikladnaya fizika = Applied Physics, 2003, no. 2, pp. 123–128 (in Russian).Вероятностное распределение и шум-фактор сигналов твердотельных фотоэлектронных умножителей с учетом процессов кросс-толка / С. Л. Виноградов [и др.] // Краткие сообщения по физике. – 2009. – № 9. – С. 3–13.Vinogradov S. L., Vinogradova T. R., Shubin V. E., Shushakov D. A. Probabilistic distribution and noise factor of solid state photomultiplier signals, taking into account cross-talk processes. Bulletin of the Lebedev Physics Institute, 2009, vol. 36, no. 9, article number: 253. https://doi.org/10.3103/S1068335609090012Асаёнок, М. А. Исследование характеристик кремниевых фотоэлектронных умножителей / М. А. Асаёнок, А. О. Зеневич // Приклад. физика. – 2018. – № 6. – С. 49–53.Asayonak M. A., Zenevich A. O. Investigation of the characteristics of silicon photomultipliers. Prikladnaya fizika = Applied Physics, 2018, no. 6, pp. 49–53 (in Russian).Высокочувствительные микропиксельные лавинные фотодиоды для сцинтилляционных счетчиков нейтринного эксперимента Т2К / Ю. В. Мусиенко [и др.] // Приборы и техника эксперимента. – 2008. – № 1. – С. 111–118.Musienko Yu. V., Akhrameev E. V., Afanas’ev A. Yu., Bondarenko G. B., Golovin V. M., Gushchin E. N., Ershov N. V., Izmailov A. O., Kudenko Yu. G., Lubsandorzhiev B. K., Mayatskii V. A., Mineev O. V., Khabibullin M. M., Khotyantsev A. N., Shaibonov B. A. M., Shaikhiev A. T. Highly sensitive micropixel avalanche photodiodes for scintillation counters of the T2K neutrino experiment. Instruments and Experimental Techniques, 2008, vol. 51, no. 1, pp. 101–107. https://doi.org/10.1134/s0020441208010119Асаёнок, М. А. Коэффициент усиления кремниевого фотоэлектронного умножителя с низким напряжением питания / М. А. Асаёнок, О. Ю. Горбадей, А. О. Зеневич // Проблемы инфокоммуникаций. – 2017. – № 2 (6). – С. 82–87.Asayonak M. A., Gorbadey O. Y., Zenevich A. O. Amplification Factor of Silicon Photoelectronic Multiplier with Low Voltage Supply. Problemy Infokommunikacij, 2017, no. 2, pp. 82–87 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.