硅光电倍增管
SiPM
荧光测量、核辐射探测、天文探测、生物医学、激光测距,量子信息、激光雷达等弱光探测领域, 尤其适用于短脉冲弱光探测和光子计数弱光探测。
产品描述
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SiPM(硅光电倍增管,多像素光子计数器(MPPC))是由数百至数万个直径为1~100 μm量级的相同的盖革雪崩光电二极管 (Geiger-Avalanche Photodiode, G-APD)单元并联集成在一单晶硅片上构成的阵列。 每个G-APD单元都串联着数百千欧的电阻用于及时淬灭雪崩产生的大电流。 所有G-APD单元共用一个取信号电极,并且都工作在盖革模式(工作电压高于G-APD单元击穿电压若干伏的工作模式)。
工作原理
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每个硅光电倍增管由大量的(几百到几千个)雪崩二极管(APD)单元组成,每一个单元由一个APD和一个大阻值淬灭电阻串联而成,这些微元并联成一个面阵列。为硅光电倍增管加上反向偏压(一般是几十伏)后,每个微元的APD耗尽层有很高的电场,此时若外界有光子打进来,会和半导体中的电子空穴对发生康普顿散射,打出电子或空穴(这句话不精确,只为方便理解),高能的电子和空穴随即在电场中加速,打出大量的次级电子和空穴,即雪崩。此时每个微元电路中电流突然变大,在淬灭电阻R上降落的电压也变大,APD中的电场瞬间变小,即APD输出一个瞬时电流脉冲后雪崩停止,不同微元的淬灭电阻阻值相同,所以理论上讲每个微元会输出等大的脉冲。APD是模拟器件,但宏观来看每个微元都是逻辑单元,有信号输出是“1”,没有信号就是“0”。在硅光电倍增管的动态范围内,它输出电流的大小就和发生雪崩的微元数成正比。
产品特点
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增益高
灵敏度高
偏置电压低
对磁场不敏感
结构紧凑
产品参数
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参数 符号 条件 最小值 典型值 最大值 单位 光响应范围 λ 320至~900 nm 峰敏感波长 λp 360~470(取决于管芯型号) nm 输出稳定信号的温度 - Ta=25℃±10℃ ±5 % 光灵敏度 Rv 2.1×106 2.6×106 3.2×106 V/W 上升时间 - 2 ns 光响应脉冲半高宽 FWHM 4 ns 光子计数频率 fc 80 MHz 暗计数率(推荐偏压下) DCR ~400 KHz 噪声等效功率 NEP 完全黑暗条件 3 fw/Hz1/2 脉冲光光子数分辨数(平均) PNR 0.1 20 47 个 饱和入射光通量 Pin ~100 nW
产品尺寸
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与此产品相关解决方案
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广泛应用于高能物理及核医学(PET)、生物医疗、荧光光谱、激光雷达、激光测距等领域,被广泛认为是可以未来极微弱光探测器的发展方向。
应用场景、应用领域综述
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高能物理
高能物理中需要光探测器在极高的磁场环境中工作,并且, 对于探测器的PDE(探测效率)和暗噪声提出了极高的要求。
核医学(PET)
PET是惟一可在活体上显示生物分子代谢、受体及神经介质活动的新型影像技术,现已广泛用于多种疾病的诊断与鉴别诊断、病情判断、疗效评价、脏器功能研究和新药开发等方面。磁共振成像是一种生物磁自旋成像技术,它可以直接作出横断面、矢状面、冠状面和各种斜面的体层图像,不会产生CT检测中的伪影,无电离辐射,对机体没有不良影响。MR对检测脑内血肿、脑外血肿、脑肿瘤、颅内动脉瘤、动静脉血管畸形、脑缺血、椎管内肿瘤、脊髓空洞症和脊髓积水等颅脑常见疾病非常有效,同时对腰椎椎间盘后突、原发性肝癌等疾病的诊断也很有效。
如果PET和MR能够统一在一起共同成像,将会对各种肿瘤、乳腺癌等疾病的诊断发挥巨大的效果。但是由于PET中使用的光电探测器光电倍增管(PMT)不能在MR的强磁场中工作,阻碍了PET和MR的结合。如果将PMT换为硅光电倍增管,这个问题就会迎刃而解。
PET/CT
精密分析
精密分析领域主要解决极弱光通量甚至单光子级别光通量的探测、分析、计量问题,比如荧光检测、流式细胞术等生物传感设备。SiPM在可见光范围内具有较高的探测效率,反应速度快,且相比PMT等电子管探测器具有更低的价格,是精密分析领域常用的光电探测器之一。
激光探测与测量
激光探测与测量(LiDAR,Light Detection And Ranging)是一种激光扫描技术,该技术集成激光测距技术、计算机技术、惯性测量单元等技术于一体,是三维空间信息实时获取的重要手段之一( [5]) 。LiDAR主要基于飞行时间技术(TOF,Time of Flight),对探测器的时间性能和探测效率提出极高要求,SiPM是少数能够满足该领域要求的探测器之一。SiPM能在明亮的阳光条件下进行长距离测距时提供最佳的信噪比性能。其他优势包括较低的电源偏置和较低的温度变化敏感性,使其成为使用传统雪崩光电二极管(APD)的系统的理想升级产品。SiPM采用大批量CMOS工艺生产,可实现最低的探测器成本,从而实现应用于广阔市场的LiDAR方案。
激光测距 激光雷达
X光辐照安检/集装箱扫描安检
X光辐照安检 集装箱扫描安检
激光雷达汽车辅助驾驶
使用激光测量物体的距离已跨越了汽车、消费和工业应用领域。在汽车领域,LiDAR可用于提升安全性和驾驶员辅助系统(ADAS),通过与其他感知模式互补和提供冗余,辅助如车道保持和交通拥堵辅助等功能。LiDAR正普遍用于全自动驾驶的使用案例,例如机器人运输,以安全地实时导航环境。SiPM在905纳米(nm)处达到领先业界的18.5%的光子探测效率(PDE)(1)。SiPM的高内部增益使其灵敏度可达到单光子水平,该功能与高PDE结合使用,可以检测最微弱的返回信号。因此,即使是低反射目标,也能探测到更远的距离。
激光雷达汽车辅助驾驶
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