通过光学表征与仿真优化基于塑料碳化物和 SiPM 的探测器光输出：POLAR-2 的案例研究
天体物理仪器与方法
2025-02-14 v1
摘要
塑料碳化物与硅光多极管 (SiPM) 的组合在高能天体物理、粒子物理、中子物理或医学物理中广泛用于辐射探测。此类探测器的应用实例包括 POLAR-2 或 LEAP 等 Compton 极化仪，其中需要低-Z 材料以使 Compton 效应在尽可能低的能量下占主导地位。此类探测器旨在测量低能 Compton 能量沉积，这些能量沉积产生少量的光信号，因而优化仪器的光学特性至关重要。本文针对 POLAR-2 GRB 极化仪，对其光收集效率进行研究，其中 γ 射线转换为可读信号经历光学产生与收集的过程，这一过程通过实验测量和仿真进行优化。对 POLAR-2 极化仪原型模块的光学元件进行光学表征，并开发基于 Geant4 的光学仿真以完整建模其光学性能。仿真结果用于优化设计并最终验证其性能。研究结果表明，该探测器能够测量几个 keV 的能量沉积。本工作的重要发现之一是塑料碳化物表面粗糙度对光收集的影响。我们发现，虽然採用高光学效率但材料较软、表面较粗糙的塑料碳化物，未必是优化光收集的最佳选择。此外，为优化不同通道之间的光学串扰，本文开发了一种用于制造非常薄（约150 μm）且可重复使用的硅基光学耦合垫的生产技术，这种技术可用于其他实验。
引用
@article{arxiv.2407.10741,
title = {Optimizing the light output of a plastic scintillator and SiPM based detector through optical characterization and simulation: A case study for POLAR-2},
author = {Nicolas De Angelis and Franck Cadoux and Coralie Husi and Merlin Kole and Sławomir Mianowski},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.10741},
year = {2025}
}
备注
38 pages, 32 figures, submitted to JINST