基于嵌入式 Timepix4 ASIC 的混合 MCP-PMT 开发与表征
仪器与探测器
2026-02-03 v1
摘要
我们提出了一种新型单光子探测器，基于真空管结构，集成光电阴极、微通道板 (MCP) 以及作为像素阴极的 Timepix4 CMOS ASIC。该探测器设计可处理每秒高达 10 亿个光子，覆盖 7 cm² 的有效面积，实现卓越的空间分辨率为 5-10 μm，时间分辨率为小于 50 ps r.m.s.。Timepix4 ASIC 包含约 23 万个像素，每个像素集成模拟和数字前端电路，实现数据驱动的采集，支持最高 160 Gb/s 的数据传输。外部 FPGA 电子负责配置和读出。为测试 Timepix4 ASIC 的时序性能，我们使用脉冲红外激光对装配在 100 μm 厚 n-on-p 硅传感器的装置进行了初步表征，显示出单像素时序分辨率为 110 ps，通过聚类基平均化方法可提升至小于 50 ps。六个不同 MCP 堆栈配置和端部削薄深度的原型探测器由 Hamamatsu Photonics 制造。我们报告了这些探测器的表征结果，包括暗计数率、增益以及空间和时序分辨率，这些结果分别在实验室条件下以及在 CERN SPS 设施的测试束场中进行了评估。
引用
@article{arxiv.2602.01886,
title = {Development and characterization of hybrid MCP-PMT with embedded Timepix4 ASIC used as pixelated anode},
author = {Riccardo Bolzonella and Jerome Alozy and Rafael Ballabriga and Nicolò Vladi Biesuz and Michael Campbell and Viola Cavallini and Angelo Cotta Ramusino and Massimiliano Fiorini and Edoardo Franzoso and Marco Guarise and Xavi Llopart Cudie and Gabriele Romolini and Alessandro Saputi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.01886},
year = {2026}
}