硅光子多极管递归相关雪崩的闭形式解析电荷响应模型

Yiqi Liu; Xuewei Liu; Benda Xu

硅光子多极管递归相关雪崩的闭形式解析电荷响应模型

仪器与探测器 2026-05-27 v1 高能物理 - 实验

作者: Yiqi Liu , Xuewei Liu , Benda Xu

摘要

硅光子多极管 (SiPM) 已成为下一代中子实验中首选的光探测器，但尚未建立无截断和数值卷积的统一闭形式解析表达式来描述其完整电荷响应光谱，该模型必须同时捕获传统光子倍增管 (PMT) 中不存在的相关串扰和后消散效应。我们在特征函数框架下提出了 SiPM 电荷响应的统一闭形式模型，将 pedestal 噪声、单电子响应 (SER) 电荷、内部光学串扰和后消散效应等同等对待。特征函数表示将完整电荷谱分解为三个独立物理组成部分：pedestal、单电子响应 (SER) 和雪崩计数统计。将 prompt 内部光学串扰建模为具有泊松后代的 Galton-Watson 分支过程；基于 Vinogradov 确定的广义泊松计数统计，我们通过拉格朗日-巴尔姆霍夫 inversion 推导总后代 PGF 的 Lambert $W$ 闭形式，为高效事件级重构提供了解析手段。后消散效应建模为每个雪崩的几何链，推导为最大熵泊松-Gamma 混合：指数 prior-maximum-entropy 对固定均值-边缘化后的正连续产率 yields 几何每个雪崩分布，其 $N$ -雪崩总计为 Negative Binomial。这自然包含泊松后消散极限和递归后消散链，同时保持解析闭合。得到的八参数表达式进一步用于推导显式的 per-channel 电荷-时间似然，用于事件级能量重构，无需推断时的数值卷积。

关键词

硅光子多极管电荷响应相关雪崩 Lambert W 函数后消散

引用

@article{arxiv.2605.27340,
  title  = {Closed-Form Analytical Charge Response Model for Silicon Photomultipliers with Recursive Correlated Avalanches},
  author = {Yiqi Liu and Xuewei Liu and Benda Xu},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2605.27340},
  year   = {2026}
}

硅光子多极管递归相关雪崩的闭形式解析电荷响应模型

摘要

关键词

引用

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