Влияние параметров оптического излучения на амплитудные характеристики кремниевых фотоэлектронных умножителей

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.

1. Гулаков, И. Р. Фотоприемники квантовых систем / И. Р. Гулаков, А. О. Зеневич. – Минск: УО ВГКС, 2012. – 276 с.

2. 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/10.1117/12.644917

3. Твердотельный электронный умножитель многоцелевого назначения на основе гейгеровских микроячеек / Е. А. Георгиевская [и др.] // Приклад. физика. – 2003. – № 2. – С. 123–128.

4. 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.

5. Асаёнок, М. А. Исследование характеристик кремниевых фотоэлектронных умножителей / М. А. Асаёнок, А. О. Зеневич // Приклад. физика. – 2018. – № 6. – С. 49–53.

6. Высокочувствительные микропиксельные лавинные фотодиоды для сцинтилляционных счетчиков нейтринного эксперимента Т2К / Ю. В. Мусиенко [и др.] // Приборы и техника эксперимента. – 2008. – № 1. – С. 111–118.

7. Асаёнок, 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.