让Timepix3时间倒流：Timepix3计时性能研究

为了推进对像素化读出芯片中计时系统误差的理解，并惠及未来快速计时探测器以助益HL-LHC中的4D跟踪技术，我们对Medipix合作组开发的混合像素探测器Timepix3的计时特性进行了详细研究。这些研究采用三种不同测量技术来探究该探测器的计时系统误差：测试脉冲、测试束流以及我们为本工作搭建的激光装置。像素矩阵上的平均延迟由测试束流和激光确定，并对不同Timepix3芯片显示出相同结构。延迟差异导致像素矩阵上最大差异约为 4 ns，相对于 1.56 ns 的时间 bin 而言较大。通过在逐像素层面校正此差异，时间分辨率平均改善了 159 ps（取决于传感器）。在作时间游走校正及逐像素平均延迟差异校正后，采用 200 $\mu\text{m}$ 平面硅传感器的单个Timepix3芯片所达到的最佳时间分辨率为 686.4$\pm$0.2 ps，而未作任何校正时为 892.9$\pm$0.3 ps。然而，这一改善后的时间分辨率尚非朴素预期的 451 ps。该延迟的起源由本激光装置确定，源于信号传播与像素内快速振荡器启动时间差异的共同作用。本工作表明，下一代像素探测器须校正这些系统性计时效应，方能达到更优时间分辨率以助益HL-LHC中的4D跟踪技术。