1 郑州大学郑州 450001
2 中国科学院高能物理研究所北京 100049
3 散裂中子源科学中心东莞 523803
微小角中子散射谱仪是中国散裂中子源（China spallation neutron source，CSNS）工程目前在建的谱仪之一，为了实现微小角散射模式下中子衍射的精确测量，要求中子探测器的位置分辨≤2 mm、探测效率≥60%@0.4 nm。在此物理精度需求下，研制了基于6LiF/ZnS（Ag）闪烁屏、波移光纤阵列和硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier，SiPM）结构的位置灵敏型闪烁体探测器，以实现热中子的高效率和高分辨实时探测。探测效率测试以标准3He管的入射中子数归一化计算得到，位置分辨通过含有“CSNS”字样的含硼铝板验证。本文详细研究了0.5 mm直径波移光纤的光传输性能，对比了不同硅光电倍增管的增益和热噪声特性，并以此设计了有效面积为300 mm×300 mm的探测器工程样机。经测试，该探测器的位置分辨为1.2 mm×1.2 mm，探测效率为（61.8±0.2）%@0.4 nm，达到了工程设计指标，满足了CSNS工程微小角谱仪的中子衍射测量需求。
闪烁体探测器 硅光电倍增管 波移光纤 位置分辨 探测效率 Neutron scintillator detector Silicon photomultiplier Wavelength shift fiber Position resolution Detection efficiency
1 中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室，上海 200083
2 上海科技大学信息科学与技术学院，上海 201210
对于单光子测距雷达系统而言，发射激光脉冲瞬间和近场强后向散射带来的强背景光噪声信号均会导致光电倍增管产生强光感生噪声（SIN），严重影响后续目标的探测。为精确标定单光子量级的SIN，基于自主研制的单光子测距回波模拟器和固定脉宽为10 ns的脉冲激光器搭建了一套完备的SIN检测与评估平台。测量了不同能量的强背景光条件下的SIN，并使用相关经验公式对噪声进行了拟合。结合实际测距雷达系统，为满足百公里级测距目标反演的信噪比要求，应控制到达探测器处近场强背景光能量小于100 pJ。该研究为单光子测距激光雷达系统的性能评估提供了重要参考。
遥感与传感器 单光子测距 强光感生噪声 光电倍增管 回波模拟器 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0428011
1 武汉大学 电子信息学院，湖北 武汉 430072
2 中国空间技术研究院，北京 100098
3 武汉量子技术研究院，湖北 武汉 430010
硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier，SiPM）具有极高的探测灵敏度和响应速度，且在多光子条件下具有较高的动态范围以及线性响应的特性，在光子计数激光雷达应用中有独特的优势。然而，由于SiPM多像元、单时间通道的工作模式，其输出电压信号相较于其他单光子探测器更大概率出现脉冲堆叠现象，不同鉴别阈值条件下的SiPM探测过程更为复杂。针对该问题，本文建立了SiPM光子事件响应模型，以此为基础分析了由脉冲堆叠引发的屏蔽效应和触发效应两种特殊情况的时域分布，最终建立了SiPM半解析的探测概率与虚警概率模型。同时，搭建了基于SiPM探测器的光子计数雷达系统，通过观察实测输出电压波形以及光子点云分布与理论模型相符（R2>0.95）。通过查全率与查准率对不同鉴别阈值的SiPM光子点云分布进行定量评价，并给出最优鉴别阈值区间，这对基于SiPM的光子计数激光雷达系统硬件参数的优化设计以及探测性能的定量分析具有重要的指导意义。
硅光电倍增管 脉冲堆叠 鉴别阈值 探测概率模型 photomultiplier tubes pulse pile up discrimination threshold detection probability model
1 北方夜视科技（南京）研究院有限公司，江苏 南京 211106
2 微光夜视技术国防科技重点实验室，陕西 西安 710065
高温光电倍增管是石油测井的关键器件，介绍了两种制备高温Na-K-Sb光电阴极的工艺，并比较了制备工艺对光电倍增管性能的影响。从测试结果可以看出，同蒸工艺制备的光电倍增管具有更高的量子效率、阴极积分灵敏度、能量分辨率以及更优异的坪特性，通过分析光谱响应曲线和高低温曲线可以得到性能提升的根本原因，即同蒸工艺制备的光电阴极的光电发射能力更强、热电子发射能力更弱，借助微观形貌表征分析得出同蒸工艺制备的光电阴极厚度更均匀、膜层更致密平滑、均匀性更好。针对高温光电倍增管的实际应用场景，测试评估高温光电倍增管的高温性能，并与国外同类产品性能进行对比。
探测器 光电倍增管 高温 光电阴极 制备工艺 石油测井 光学学报
2023, 43(23): 2304001
1 西北师范大学 物理与电子工程学院兰州 730070
2 中国科学院近代物理研究所兰州 730000
3 中国科学院大学 核科学与技术学院北京 100049
4 兰州大学 核科学与技术学院兰州 730000
中高能区中完全运动学测量是研究丰中子奇异核结构与性质的常用实验方法。反符合（Veto）探测器是CSR-RIBLLII（Cooling Storage Ring - Radioactive Ion Beam Line in Lanzhou）外靶实验终端（External Target Facility，ETF）开展丰中子测量的关键设备之一，其功能是消除带电粒子干扰以提高丰中子的有效事例数。然而，原有的Veto探测器存在探测效率低、均匀性差等缺点，可能导致实验与理论计算结果出现偏差。为了解决原有探测器的问题，设计了一种新的Veto探测器单元构型，即采用在Veto探测器单元中嵌入波长位移转换光纤（Wave Length Shifter Fiber，WLS），并使用硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier，SiPM）读出的方案。搭建了专门的测试平台并对新型Veto探测器单元进行细致研究，其关键性能参数反符合效率可大于99.9%，相比于原有的Veto探测器提升了22.74%。这一研究结果为CSR-RIBLLII外靶实验终端提供了有效的升级方案，为下一步丰中子奇异核的实验研究奠定了良好的基础。
外靶实验终端 反符合探测器 波长位移光纤 硅光电倍增管 探测效率 External target facility Anticoincidence detector Wave length shifter fiber Silicon photomultiplier Detection efficiency
1 中国科学技术大学生物医学工程学院（苏州）生命科学与医学部，江苏 苏州 215163
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所光与健康研究中心，江苏 苏州 215163
共聚焦激光显微内窥镜（CLE）可以进行在体组织显微成像，实现实时病理学诊断，而光电探测器作为CLE系统的核心部件，影响共聚焦图像质量。对比分析光电倍增管（PMT）和雪崩光电二极管（APD）在CLE中的性能表现，建立基于PMT和APD探测电路的CLE成像信号信噪比分析模型，理论分析光电探测器及其放大电路噪声、放大增益、输入光信号等参数对成像信号信噪比的影响。搭建基于PMT和APD双光路探测系统，对均匀荧光溶液和组织样品进行成像。研究结果表明，当样品荧光功率大于10 nW时，所选取PMTSS与APD120A2的输出图像质量接近，信噪比相差小于0.67 dB，APD以更高的性价比实现与PMT相当的成像性能。
医用光学 共聚焦激光显微内窥镜 荧光成像 在体内窥 雪崩光电二极管 光电倍增管 光学学报
2023, 43(11): 1117001
