Calculadora de eficiência de detecção de fótons SiPM

Sobre a eficiência de detecção de fótons SiPM

Um fotomultiplicador de silício, ou SiPM, é uma matriz de microcélulas de fotodiodos de avalanche operadas acima da tensão de ruptura no modo Geiger. Um fóton absorvido em uma região ativa pode criar um par elétron-lacuna que inicia uma avalanche autossustentada. Cada microcélula disparada produz um pulso mensurável, e a matriz consegue detectar níveis de luz muito baixos com tensões práticas. A eficiência de detecção de fótons, normalmente abreviada como PDE, expressa a probabilidade de um fóton incidente produzir uma avalanche registrada. PDE não é o mesmo que eficiência quântica. A eficiência quântica descreve a probabilidade de o silício absorver um fóton e criar um portador de carga útil. A probabilidade de disparo de avalanche indica se esse portador inicia uma descarga Geiger. O fator de preenchimento geométrico considera as estruturas inativas entre microcélulas. O produto desses fatores, com outros efeitos de coleta quando conhecidos, estima a PDE do detector. Esta calculadora usa uma resposta espectral representativa e suave do silício centrada perto de 550 nm, um modelo exponencial de disparo baseado na sobretensão, o fator de preenchimento informado e uma correção moderada de temperatura. É um modelo de engenharia, não um substituto para a curva PDE medida pelo fabricante. A sobretensão é a tensão de polarização menos a tensão de ruptura. Aumentá-la geralmente eleva a probabilidade de avalanche, o ganho, a diafonia, os pós-pulsos e o ruído no escuro. A calculadora exige sobretensão positiva e informa a probabilidade de disparo modelada. A própria tensão de ruptura muda com a temperatura, portanto o trabalho em laboratório deve usar o valor medido ou especificado na temperatura de operação. O fator térmico simples incluído aqui apenas aproxima a deriva de sensibilidade; ele não substitui os coeficientes de compensação específicos do dispositivo. A taxa de contagem no escuro mede avalanches geradas sem fótons de sinal incidentes. A geração térmica de portadores torna essa taxa fortemente dependente da temperatura, muitas vezes dobrando aproximadamente ao longo de um intervalo térmico característico. A calculadora aplica um modelo de duplicação a cada oito graus à taxa de referência informada. O resfriamento pode melhorar bastante o desempenho com pouca luz, embora o ruído correlacionado e a eletrônica de leitura também devam ser considerados. A eficiência do filtro óptico é aplicada após a PDE do detector para estimar a fração dos fótons antes do filtro que resulta em detecções. Resposta espectral, geometria das microcélulas, processo de fabricação, tempo de recuperação, saturação, diafonia e pós-pulsos afetam o desempenho real. Microcélulas maiores costumam oferecer maior fator de preenchimento e ganho, mas reduzem a faixa dinâmica porque menos células cabem na mesma área. O valor temporal exibido é uma estimativa comparativa derivada do tamanho da microcélula, não uma resolução garantida. Use esta calculadora para comparar cenários de operação e depois confirme o projeto com curvas da folha de dados e medições do SiPM específico.

Exemplos de eficiência SiPM

Como usar a calculadora

1. Informe o comprimento de onda e a temperatura de operação da medição óptica.
2. Informe as tensões de polarização e ruptura para obter uma sobretensão positiva.
3. Adicione a taxa de contagem no escuro, a eficiência do filtro, o fator de preenchimento e o tamanho da microcélula.
4. Selecione Calcular eficiência SiPM e compare a PDE do detector com a eficiência óptica total.

Perguntas frequentes