面向宽带硅光掺杂二氧化硅光子器件的直流-电阻放大器

未来的高能物理实验计划使用硅掺杂二氧化硅光子器件（SiPM）作为光探测元件，可能需要在低温（降至 80 K）下运行，以在高度放射性环境中测量单个光子的高时间分辨率。这要求对这些传感器在宽温范围内进行完整表征，以寻找探测器性能与制冷需求之间的最佳折中。本文提出了一种具有高增益（约 7500 V/A）、极高速度（< 500 ps 上升时间）和低输入噪声（≲ 0.2 pA/√Hz）的直流-电阻放大器设计，能够忠实再现 SiPM 信号的所有特征，噪声和时抖动都很低。这使得该放大器适用于单光子信号到达时间、增益和恢复时间的精确测量。本文提供了该电路的详尽而 thorough 分析。该网络在两种不同配置下进行了仿真和测量，这两种配置的开环增益和主导极点频率不同。选定最佳配置后，对该放大器在室温和 80 K 下进行了详细表征。最后，我们使用在低过电压下运行的 SiPM 对该放大器进行了评估。虽然通常在高过电压下表征 SiPM 以增强增益并最小化时抖动，但在低过电压下的测试允许我们在更具挑战性和现实条件下评估该放大器的性能。