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Articulo de referencia

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 . Poseen una ...

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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 . Poseen una alta eficiencia cuántica y son capaces de detectar fotones individuales en el rango visible del espectro electromagnético . La capacidad de contar el número exacto de fotones detectados es de suma importancia para la distribución de claves cuánticas .

El Centro Científico de Rockwell International había anunciado previamente el "Fotomultiplicador de Estado Sólido" (SSPM), un  detector de banda ancha (0,4–28 μm). [ 1 ] A finales de la década de 1980, una colaboración —inicialmente formada por Rockwell y UCLA— comenzó a desarrollar rastreadores de partículas de fibra centelleante para su uso en el Supercolisionador Superconductor , [ 2 ] [ 3 ] basados ​​en una variante específica 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 resulta en una ganancia de 40 000 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 resulta en una respuesta uniforme a 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 haces 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 mediante 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 mediante lectura de contador de fotones de luz visible", págs. 149-160 en Detectores de imágenes en física de alta energía, astropartículas y medicina - Actas de la Conferencia Internacional de la UCLA , J. Park ( ed. ), World Scientific Publishing ISBN 978-981-4530-41-5doi : 10.1142/3313 (1996)
  4. 1 2 B. Abbot et al. : "Estudios de contadores de fotones de luz visible con preamplificadores rápidos" Actas de la Conferencia del Simposio de Ciencias Nucleares y Conferencia de Imágenes Médicas del IEEE de 1991 , Santa Fe, NM, EE. UU., pp. 369-373 ISSN 1082-3654 doi : 10.1109/NSSMIC.1991.258956 (1991) 
  5. 1 2 3 4 5 M.D. Petroff y MG Stapelbroek: "Fotomultiplicador de estado sólido para conteo de fotones" IEEE Transactions on Nuclear Science 36 (1) pp.158-162. ISSN 0018-9499 . doi : 10.1109/23.34424 (1989) 
  6. 1 2 K. McKay " Desarrollo del contador de fotones de luz visible para aplicaciones en la ciencia de la información cuántica " Disertación, Universidad de Duke, http://hdl.handle.net/10161/4990 (2011)
  7. 1 2 M. Ellis et al. , “Diseño, construcción y 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)