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Contador de fotones de luz visible

Un contador de fotones de luz visible ( VLPC ) es un fotodetector de conteo de fotones basado en la conducción de banda de impurezas en silicio dopado con arsénico . Tienen una alta eficiencia cuántica y son capaces de detectar fotones individuales en el rango visible del espectro electromagnético . La capacidad de contar la cantidad exacta de fotones detectados es extremadamente importante para la distribución de claves cuánticas .

El Centro de Ciencias de Rockwell International había anunciado previamente el "Fotomultiplicador de estado sólido" (SSPM), un detector de banda ancha (0,4–28 μm). [1] A fines de la década de 1980, una colaboración, inicialmente compuesta por Rockwell y UCLA , comenzó a desarrollar rastreadores de partículas de fibra centelleante para su uso en el Supercolisionador Superconductor , [2] [3] basado en una variante dedicada del SSPM que llegó a conocerse como el Contador de fotones de luz visible. [4]

Los principios de funcionamiento son similares a los de los APD pero se basan en la conducción de banda de impurezas. [5] Los dispositivos están hechos de silicio dopado con arsénico y tienen una banda de impurezas 50 meV por debajo de la banda de conducción , [6] lo que da como resultado una ganancia de40 000 a80 000 [5] [7] con una polarización inversa de solo unos pocos voltios (por ejemplo, 7 V). [5] [nota 1] La banda prohibida estrecha reduce la dispersión de ganancia, lo que da como resultado una respuesta uniforme para cada fotón y, por lo tanto, la altura del pulso de salida es proporcional al número de fotones incidentes. Los VLPC deben operar a temperaturas criogénicas (6–10 K). [5] Tienen una eficiencia cuántica del 85% a 565 nm [4] y una resolución temporal de varios nanosegundos . [5]

Los VLPC se han utilizado ampliamente en el detector de seguimiento central del experimento D0 , [8] [9] y para estudios de enfriamiento de haz de muones para un colisionador de muones ( MICE ). [7] También se han evaluado para la ciencia de la información cuántica . [6]

Notas

  1. ^ Por el contrario, los SPAD requieren un alto voltaje de polarización inversa y la consiguiente extinción de la corriente de salida.

Referencias

  1. ^ MD Petroff, MG Stapelbroek y WA Kleinhans: "Detección de fotones individuales de longitud de onda de 0,4 a 28 μm mediante ionización por impacto de impurezas en un fotomultiplicador de estado sólido" Applied Physics Letters 51 (6) pp.406-408 doi :10.1063/1.98404 (1987)
  2. ^ MD Petroff y M. Atac: "Seguimiento de partículas de alta energía utilizando fibras centelleantes y fotomultiplicadores de estado sólido" IEEE Transactions on Nuclear Science 36 (1) pp.163-164. ISSN  0018-9499 doi :10.1109/23.34425 (1989)
  3. ^ M. Atac: "Seguimiento de fibras centelleantes a altas luminosidades utilizando la lectura de un contador de fotones de luz visible", págs. 149-160 en Detectores de imágenes en física médica, astropartículas y de alta energía - Actas de la Conferencia Internacional de la UCLA , J. Park ( ed. ), World Scientific Publishing ISBN 978-981-4530-41-5 doi :10.1142/3313 (1996) 
  4. ^ ab B. Abbot et al. : "Estudios de contadores de fotones de luz visible con preamplificadores rápidos" Acta de la conferencia del Simposio de Ciencias Nucleares y Conferencia de Imágenes Médicas del IEEE de 1991 , Santa Fe, NM, EE. UU., págs. 369-373 ISSN  1082-3654 doi :10.1109/NSSMIC.1991.258956 (1991)
  5. ^ abcde MD Petroff y MG Stapelbroek: "Fotomultiplicador de estado sólido con conteo de fotones" IEEE Transactions on Nuclear Science 36 (1) pp.158-162. ISSN  0018-9499. doi :10.1109/23.34424 (1989)
  6. ^ ab K. McKay " Desarrollo del contador de fotones de luz visible para aplicaciones en la ciencia de la información cuántica ", tesis doctoral, Duke University, http://hdl.handle.net/10161/4990 (2011)
  7. ^ ab M. Ellis et al. , “El diseño, la construcción y el rendimiento de los rastreadores de fibra centelleante MICE”, Nuclear Instruments and Methods A659 pp.136–153 doi :10.1016/j.nima.2011.04.041 (2011)
  8. ^ D. Adams et al .: "Rendimiento de un rastreador de fibra centelleante a gran escala utilizando lectura VLPC" IEEE Transactions on Nuclear Science 42 (4) pp.401-406 ISSN  0018-9499 doi :10.1109/23.467812 (1995)
  9. ^ Colaboración D0: “El detector D0 mejorado” Nuclear Instruments and Methods A565 pp.463–537 doi :10.1016/j.nima.2006.05.248 (2006)