Silizium-Photovervielfacher
Die Entwicklung neuartiger analytischer und experimenteller Ansätze für eine profunde Beschreibung und Optimierung von Silizium-Photovervielfachern (silicon photomultipliers, SiPMs) war das oberste wissenschaftliche Ziel und die größte Forschungsherausforderung für das Projekt SIPM IN-DEPTH (Development of novel analytical and experimental approaches for an in-depth characterization and optimization of silicon photomultipliers). Die Resultate beinhalten ein analytisches Modell zur SiPM-Zeitauflösung. Auf dieses Modell wird bereits häufig bei Time-of-flight-Anwendungen wie z. B. der Teilchenkalorimetrie-4D-Bildgebung und der Time-of-flight-PET zurückgegriffen. Es verspricht erhebliche Verbesserungen hinsichtlich Bildauflösung und -qualität. Es handelt sich dabei um die erste Implementierung des korrelierten, gefilterten und markierten Punktprozess-Verfahrens für SiPM-Modellierungen, bei der das korrelierte Rauschen berücksichtigt wird. Das Team stellte fest, dass sich das Verfahren für Experimente eignete und dass sich diese als neues und leistungsstarkes analytisches Instrument für die Analyse und Optimierung der SiPM-Zeitauflösung erweist. Des Weiteren wurden die ersten theoretischen und experimentellen Untersuchungen an transienten SiPM-Reaktionen auf intensive Lichtsignale durchgeführt. Zu den Ergebnissen zählt unter anderem die Entwicklung eines neuen Belohnungs-Erneuerungs-Markow-Prozess-Modells zu nicht linearen transienten Reaktionen, welche den Weg für eine Detektion in hochdynamischen Bereichen ebnet, so zum Beispiel bei Systemen von Teilchenbeschleunigern, welche den Rückgang von Tscherenkow-Gewebestrahlung überwachen. Dies kann dabei behilflich sein, die Kosten für diese Systeme zu senken und deren operative Steuerung zu optimieren. Ferner wurde eine neue Methode für die Kalibrierung von Photovervielfachern mit geringer Ausbeute entwickelt, die jetzt zuverlässige Messungen zur Ausbeute und zu anderen wichtigen Parametern in stark rauschenden Umgebungen ermöglicht. Hierbei wird bezüglich der Wahrscheinlichkeitsverteilung zwischen einzelnen Elektronenreaktionen anstelle gemeinhin angewandter Messungen zur Elektronenladung oder Amplitudenverteilung auf die Erlang-Verteilung zurückgegriffen. SIPM IN-DEPTH führte ebenfalls zu neuen Resultaten hinsichtlich Untersuchung und probabilistischer Analyse von Timing-Eigenschaften bei einer Geiger-Entladung in einem einzelnen SiPM-Pixel, bei der Methodik zu Messungen für die Erzeugung von Dunkelstrom sowie bei der Analyse der zugrundeliegenden Mechanismen, die auf Dunkelstromstärke/-spannungseigenschaften (IV) basieren, welche entsprechenden Photo-IVs zugewiesen worden waren.
Schlüsselbegriffe
Silizium-Photovervielfacher, Lichtsignale, SIPM IN-DEPTH, Zeitauflösung, Markow-Prozess
