Calculadora de eficiencia de detección de fotones SiPM

Acerca de la eficiencia de detección de fotones SiPM

Un fotomultiplicador de silicio, o SiPM, es una matriz de microceldas de fotodiodos de avalancha que funcionan en modo Geiger por encima de la tensión de ruptura. Un fotón absorbido en una región activa puede crear un par electrón-hueco que inicia una avalancha autosostenida. Cada microcelda activada produce un pulso medible, y el conjunto detecta niveles de luz muy bajos con tensiones prácticas. La eficiencia de detección de fotones, normalmente abreviada PDE, expresa la probabilidad de que un fotón incidente produzca una avalancha registrada. La PDE no es idéntica a la eficiencia cuántica. Esta última describe la probabilidad de que el silicio absorba un fotón y genere un portador de carga útil. La probabilidad de disparo de avalancha indica si ese portador inicia una descarga Geiger. El factor de llenado geométrico considera las estructuras inactivas entre microceldas. Su producto, junto con otros efectos de recolección cuando se conocen, estima la PDE del detector. Esta calculadora usa una respuesta espectral representativa y suave del silicio centrada cerca de 550 nm, un modelo exponencial de disparo basado en la sobretensión, el factor de llenado introducido y una corrección moderada por temperatura. Es un modelo de ingeniería, no un sustituto de la curva PDE medida por el fabricante. La sobretensión es la tensión de polarización menos la tensión de ruptura. Aumentarla suele elevar la probabilidad de avalancha, la ganancia, la diafonía, los pulsos posteriores y el ruido oscuro. La calculadora exige una sobretensión positiva e informa la probabilidad de disparo modelada. La propia tensión de ruptura cambia con la temperatura, por lo que en laboratorio debe usarse el valor medido o especificado a la temperatura de funcionamiento. El sencillo factor térmico incluido solo aproxima la deriva de sensibilidad; no reemplaza los coeficientes de compensación específicos del dispositivo. La tasa de conteo oscuro mide las avalanchas generadas sin fotones de señal incidentes. La generación térmica de portadores hace que esta tasa dependa fuertemente de la temperatura y a menudo se duplique aproximadamente en un intervalo térmico característico. La calculadora aplica un modelo de duplicación cada ocho grados a la tasa de referencia introducida. La refrigeración puede mejorar mucho el rendimiento con poca luz, aunque también deben considerarse el ruido correlacionado y la electrónica de lectura. La eficiencia del filtro óptico se aplica después de la PDE del detector para estimar qué fracción de los fotones situados antes del filtro acaba siendo detectada. La respuesta espectral, la geometría de las microceldas, el proceso de fabricación, el tiempo de recuperación, la saturación, la diafonía y los pulsos posteriores afectan al rendimiento real. Las microceldas mayores suelen ofrecer más factor de llenado y ganancia, pero reducen el rango dinámico porque caben menos celdas en la misma superficie. El valor temporal mostrado es una estimación comparativa derivada del tamaño de microcelda, no una resolución garantizada. Usa esta calculadora para comparar condiciones de funcionamiento y confirma el diseño con curvas de la ficha técnica y mediciones del SiPM exacto.

Ejemplos de eficiencia SiPM

Cómo usar la calculadora

1. Introduce la longitud de onda y la temperatura de funcionamiento de la medición óptica.
2. Introduce las tensiones de polarización y ruptura para obtener una sobretensión positiva.
3. Añade la tasa de conteo oscuro, la eficiencia del filtro, el factor de llenado y el tamaño de microcelda.
4. Selecciona Calcular eficiencia SiPM y compara la PDE del detector con la eficiencia óptica global.

Preguntas frecuentes