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"10.29235/1561-8358-2025-70-1-69-78vestift-880Research ArticleРАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ПРИБОРОСТРОЕНИЕRADIOELECTRONICS, INSTRUMENT-MAKINGВлияние внешнего фонового оптического излучения на плоский угол зрения кремниевых фотоэлектронных умножителейInfluence of external background optical radiation on the flat view angle of silicon photomultiplierhttps://orcid.org/0000-0002-7330-9928ГулаковИ. Р.GulakovI. R.

Гулаков Иван Романович – доктор физико-математических наук, профессор кафедры математики и физики 

ул. Ф. Скорины, 8/2, 220114, Минск

Ivan R. Gulakov – Dr. Sci (Physics and Mathematics), Professor of the Department of  Mathematics  and  Physics

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

gulakov@bsu.byhttps://orcid.org/0000-0002-3534-3885ЗеневичА. О.ZenevichA. O.

Зеневич Андрей Олегович – доктор технических наук, профессор, ректор 

ул. Ф. Скорины, 8/2, 220114, Минск

Andrey O. Zenevich – Dr. Sci. (Engineering), Professor, Rector 

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

a.zenevich@bsac.byhttps://orcid.org/0000-0002-3597-0395КочергинаО. В.KocherginaO. V.

Кочергина Ольга Викторовна – кандидат  технических  наук,  заведующий  кафедрой  радио  и  информационных  технологий 

ул. Ф. Скорины, 8/2, 220114, Минск

Olga V. Kochergina –  Cand.  Sci. (Engineering), Head of the Department of Radio and Information Technologies

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

o.kochergina@bsac.byБелорусская государственная академия связиBelarusian State Academy of Communications2025260320257016978Copyright © Гулаков И.Р., Зеневич А.О., Кочергина О.В., 20252025Гулаков И.Р., Зеневич А.О., Кочергина О.В.Gulakov I.R., Zenevich A.O., Kochergina O.V.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/880

Представлены результаты исследования влияния внешнего фонового оптического излучения на плоский угол зрения кремниевых фотоэлектронных умножителей (SiФЭУ). Актуальность исследования обусловлена развитием открытых оптических систем, в которых оптическое излучение подвергается воздействию внешнего фонового оптического излучения, что может привести к ухудшению качества регистрируемого сигнала. При перемещении объекта в пространстве может меняться угол падения оптического излучения на фоточувствительную поверхность фотоприемника, поэтому одной из его наиболее важных характеристик, применяемых в открытых оптических системах связи, является плоский угол зрения. Для проведения исследования были выбраны кремниевые фотоэлектронные умножители трех моделей, имеющие схожую структуру и параметры, а именно КОФ5-1035, Ketek РМ 3325 и ON Semi FC 30035. Установлено, что с увеличением уровня освещенности внешнего фонового оптического излучения диаграмма направленности фотоприемника сужается, что связано с уменьшением плоского угла зрения. Наиболее сильная зависимость величины плоского угла зрения от уровня освещенности наблюдалась для КОФ5-1035, а наиболее слабая – для Ketek РМ 3325. Показано, что восстановить плоский угол зрения до первоначального значения можно путем повышения перенапряжения и использования светофильтра с полосой пропускания 470 ± 20 нм. Максимальное значение освещенности, при котором существовала возможность восстановить величину плоского угла зрения до первоначального значения, составляла 3000 лк для всех исследуемых SiФЭУ. Полученные результаты представляют собой потенциально ценный ресурс для разработки и совершенствования оптических систем связи общего доступа. 

The article presents the results of a study of the influence of external background optical radiation on the flat angle of view of silicon photomultiplier tubes (SiPMs). The relevance of the study is due to the development of open optical systems in which optical radiation is exposed to external background optical radiation, which can lead to deterioration in the quality of the recorded signal. When an object moves in space, the angle of incidence of optical radiation on the photosensitive surface of the photodetector can change, so one of its most important characteristics used in open optical communication systems is a flat angle of view. For the study, three models of silicon photomultipliers with similar structure and parameters were selected, namely KOF5-1035, Ketek RM 3325 and ON Semi FC 30035. It was found that with an increase in the illumination level of external background optical radiation, the directivity pattern of the photodetector narrows, which is associated with a decrease in the flat viewing angle. The strongest dependence of the flat viewing angle on the illumination level was observed for KOF5-1035, and the weakest – for Ketek RM 3325. It is shown that the flat viewing angle can be restored to the original va lue by increasing the overvoltage and using a light filter with a passband of 470 ± 20 nm. The maximum illumination value at which it was possible to restore the flat viewing angle to the original value was 3000 lux for all the SiPMs studied. The results obtained are potentially valuable resource for development and improvement of shared access optical communication lines.

кремниевый фотоэлектронный умножительвнешнее фоновое оптическое излучениеугол падения оптического излученияплоский угол зренияослеплениеsilicon photomultiplier tubeexternal background optical radiationangle of incidence of optical radiationflat viewing angleglareReferencesOpen optical communication systems at a hyperscale operator / M. Newland, R. Schmogrow, M. Cantono [et al.] // Journal of Optical Communications and Networking. – 2020. – Vol. 12, № 6. – P. 50–58. https://doi.org/10.1364/JOCN.381897Newland M., Schmogrow R., Cantono M., Vusirikala V., Hofmeister T. Open optical communication systems at a hyperscale operator. Journal of Optical Communications and Networking, 2020, vol. 12, no. 6, pp. 50–58. https://doi.org/10.1364/JOCN.381897Perwej, Y. The Next Generation of Wireless Communication Using Li-Fi (Light Fidelity) Technology / Y. Perwej // Journal of Computer Networks. – 2017. – Vol. 4, № 1. – Р. 20–29. https://doi.org/10.12691/jcn-4-1-3Perwej Y. The Next Generation of Wireless Communication Using Li-Fi (Light Fidelity) Technology. Journal of Computer Networks, 2017, vol. 4, no. 1, pp. 20–29. https://doi.org/10.12691/jcn-4-1-3Abisayo, A. Optically Amplified Free-space Optical Communication Systems / A. Abisayo. – University of Nottingham, 2013. – 209 p. – URL: https://eprints.nottingham.ac.uk/13304/1/AladelobaAbisayoThesis.pdf (date of access 25.09.2024)Abisayo A. Optically Amplified Free-space optical Communication Systems. University of Nottingham, 2013. 209 p. Available at: https://eprints.nottingham.ac.uk/13304/1/AladelobaAbisayoThesis.pdf (accessed 25.09.2024).Quantum Communications and Cryptography / ed. A. V. Sergienko. – CRC press, 2019. – 248 р. https://doi.org/10.1201/9781315221120Sergienko A. V., ed. Quantum Communications and Cryptography. CRC press, 2019. 248 р. https://doi.org/10.1201/9781315221120Secure quantum key distribution with realistic devices / Feihu Xu, Xiongfeng Ma, Qiang Zhang [et al.] // Reviews of Modern Physics. – 2020. – Vol. 92. – Art. ID 025002. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.92.025002Feihu Xu, Xiongfeng Ma, Qiang Zhang, Hoi-Kwong Lo, Jian-Wei Pan. Secure quantum key distribution with realistic devices. Reviews of Modern Physics, 2020, vol. 92, art. ID 025002. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.92.025002Регистрация оптического излучения переменной интенсивности в режиме счета фотонов лавинным фотодиодом / И. Р. Гулаков, А. О. Зеневич, О. В. Кочергина [и др.] // Оптический журнал. – 2021. – Т. 88, № 11. – С. 9–15. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-11-09-15Gulakov I. R., Zenevich A. O., Kochergina O. V., Novikov E. V., Goibov S. A. Detection of variable-intensity optical emission using an avalanche photodiode in photon-counting mode. Journal of Optical Technology, 2021, vol. 88, no. 11, pp. 620–624. https://doi.org/10.1364/JOT.88.000620Silicon photomultiplier current and prospective applications in biological and radiological photonics / M. Staglianoa, L. Abegão, A. Chiericia, F. d’Erricoa // EPH – International Journal of Science and Engineering. – 2018. – Vol. 4, Iss. 10. – P. 10–29. https://doi.org/10.53555/eijse.v4i4.143Staglianoa M., Abegão L., Chiericia A., d’Erricoa F. Silicon photomultiplier current and prospective applications in biological and radiological photonics. EPH – International Journal of Science and Engineering, 2018, vol. 4, iss.10, pp. 10–29. https://doi.org/10.53555/eijse.v4i4.143Кремниевый фотоэлектронный умножитель. Новые возможности / С. Клемин, Ю. Кузнецов, Л. Филатов [и др.] // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. – 2007. – № 8. – С. 80–86.Klemin S., Kuznetsov Yu., Filatov L., Buzhan P., Dolgoshein B., Il’in A., Popova E. Silicon photomultiplier. New opportunities. Elektronika: Nauka, Tekhnologiya, Biznes [Electronics: Science, Technology, Business], 2007, no. 8, pp. 80–86 (in Russian).Special Issue on: Optical Wireless Communications for Emerging Connectivity Requirements / Mohammad Ali Khalighi, Zabih Ghassemlooy, M.-S. Alouini [et al.] // IEEE Open Journal of the Communications Society. – 2021. – Vol. 2. – P. 82–86. https://doi.org/10.1109/OJCOMS.2020.3045818Khalighi M. A., Zabih G., Alouini M.-S, Hranilovic S., Zvanovec S. Special Issue on: Optical Wireless Communications for Emerging Connectivity Requirements. IEEE Open Journal of the Communications Society, 2021, vol. 2, pp. 82–86. https:// doi.org/10.1109/OJCOMS.2020.3045818Гулаков, И. Р. Спектральные характеристики кремниевых фотоэлектронных умножителей / И. Р. Гулаков, А. О. Зеневич, О. В. Кочергина // Успехи прикладной физики. – 2021. – Т. 9, № 2. – С. 164–171. https://doi.org/10.51368/2307-4469-2021-9-2-164-171Gulakov I. R., Zenevich A. O., Kochergina O. V. Investigation of the spectral characteristics of silicon photomultiplier tubes. Uspekhi prikladnoi fiziki [Advances in Applied Physics], 2021, vol. 9, no. 2, pp. 164–171 (in Russian). https://doi.org/10.51368/2307-4469-2021-9-2-164-171Ландсберг, Г. С. Оптика: учеб. пособие для вузов / Г. С. Ландсберг. – 6-е изд., стер. – М.: Физматлит, 2003. – 848 с.Landsberg G. S. Optics. 6th ed. Moscow, Fizmatlit Publ., 2003. 848 p. (in Russian).Зеневич, А. О. Исследование динамического диапазона кремниевых фотоэлектронных умножителей / А. О. Зеневич, О. В. Кочергина // Известия высших учебных заведений. Электроника. – 2021. – Т. 26, № 1. – С. 30–39. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2021-26-1-30-39Zenevich A. O., Kochergina O. V. Study of the dynamic range of silicon photomultipliers. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Elektronika = Proceedings of Universities. Electronics, 2021, vol. 26, no. 1, pp. 30–39 (in Russian). https://doi.org/10.24151/1561-5405-2021-26-1-30-39Гулаков, И. Р. Фотоприемники квантовых систем / И. Р. Гулаков, А. О. Зеневич. – Минск: УО ВГКС, 2012. – 276 с.Gulakov I. R., Zenevich A. O. Photodetectors of Quantum Systems. Minsk, Higher State College of Communications Publ., 2012. 276 p. (in Russian).Гулаков И. Р. Плоский угол зрения / И. Р. Гулаков, А. О. Зеневич, О. В. Кочергина // Известия вузов. Электроника. – 2023. – Т. 28, № 3. – С. 360–367. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2023-28-3-360-367Gulakov I. R., Zenevich A. O., Kochergina O. V. Flat angle of view. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Elektronika = Proceedings of Universities. Electronics, 2023, vol. 28, no. 3, pp. 360–367 (in Russian). https://doi.org/10.24151/1561-5405-2023-28-3-360-367Асаёнок, М. А. Работа кремниевых фотоэлектронных умножителей со структурой p+–p–n+ в режиме одноквантовой регистрации / М. А. Асаёнок, А. О. Зеневич, О. В. Кочергина [и др.] // Весці Нацыянальнай акадэміі навук Беларусі. Серыя фізіка-тэхнічных навук. – 2020. – Т. 65, № 3. – С. 349–356. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2020-653-349-356Asayonok M. A., Zenevich A. O., Kochergina O. V., Novikov E. V., Soroka S. A. Operation of silicon photomultipliers with p+–p–n+ structure in single-quantum registration mode. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-tekhnichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2020, vol. 65, no. 3, pp. 349–356 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8358-2020-65-3-349-356Асаёнок, М. А. Исследование характеристик кремниевых фотоэлектронных умножителей / М. А. Асаёнок, А. О. Зеневич // Прикладная физика. – 2018. – № 6. – С. 49–53.Asayonok M. A., Zenevich A. O. Study of the characteristics of silicon photomultipliers. Prikladnaya fizika = Applied Physics, 2018, no. 6, pp. 49–53 (in Russian).Гулаков, И. Р. Влияние угла освещения на выходные параметры кремниевого фотоумножителя / И. Р. Гулаков, А. О. Зеневич, О. В. Кочергина // Весці Нацыянальнай акадэміі навук Беларусі. Серыя фізіка-тэхнічных навук. – 2023. – Т. 68, № 4. – С. 344–352. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2023-68-4-344-352Gulakov I. R., Zenevich A. O., Kochergina O. V. Influence of illumination angle on the output parameters of a silicon photomultiplie. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-tekhnichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2023, vol. 68, no. 4, pp. 344–352 (in Russian). https:// doi.org/10.29235/1561-8358-2023-68-4-344-352

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