Ứng dụng của photomultipliers silicon trong ngành thiên văn học năng lượng cao từ mặt đất và không gian

The European Physical Journal Plus - Tập 137 Số 1 - Trang 1-16 - 2022
Ambrosi, G.1, Vagelli, V.2,3
1Istituto Nazionale di Fisica Nucleare—Sezione di Perugia, Perugia, Italy
2Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, sezione di Perugia, Perugia, Italy
3Agenzia Spaziale Italiana, Roma, Italy

Tóm tắt

Photomultipliers silicon (SiPM) là các cảm biến quang bán dẫn được sử dụng trong nhiều ứng dụng khoa học, y tế và công nghiệp khi yêu cầu phản hồi thời gian nhanh và độ nhạy với ánh sáng mờ trong dải hồng ngoại-đơn sắc. So với công nghệ cảm biến ống photomultiplier đã được thiết lập, SiPM có tính nhạy quang phổ tốt hơn, các thuộc tính cơ học chắc chắn và tùy biến, cùng với độ bền và linh hoạt cao hơn khi hoạt động trong các môi trường khắc nghiệt. Những đặc tính này khiến SiPM trở thành công nghệ thay thế khả thi cho ống photomultiplier và nâng cao hiệu suất của các dụng cụ trong lĩnh vực thiên văn học. Nhiều thiết bị thế hệ tiếp theo cho các camera hình ảnh của các cụm kính viễn vọng trên mặt đất và cho các cảm biến không gian khảo sát bầu trời năng lượng cao thực sự đang xem xét SiPM như công nghệ phát hiện photon mặc định, cả cho phát hiện photon trực tiếp và gián tiếp. Chúng tôi xem xét những tiến bộ gần đây nhất trong phát triển các dụng cụ dựa trên SiPM cho các ứng dụng liên quan đến nghiên cứu tiên phong trong thiên văn học từ các cảm biến mặt đất và không gian.

Từ khóa

#Photomultipliers silicon #cảm biến quang #thiên văn học năng lượng cao #phát hiện photon #nghiên cứu tiên phong.

Tài liệu tham khảo

citation_journal_title=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A; citation_author=D Renker; citation_volume=567; citation_publication_date=2006; citation_pages=48-56; citation_doi=10.1016/j.nima.2006.05.060; citation_id=CR1 citation_journal_title=JINST; citation_author=D Renker, E Lorenz; citation_volume=4; citation_publication_date=2009; citation_pages=P04004; citation_doi=10.1088/1748-0221/4/04/P04004; citation_id=CR2 citation_journal_title=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A; citation_author=A Gola, C Piemonte; citation_volume=926; citation_publication_date=2019; citation_pages=2-15; citation_doi=10.1016/j.nima.2018.11.119; citation_id=CR3 citation_journal_title=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A; citation_author=AN Otte; citation_volume=846; citation_publication_date=2017; citation_pages=106-125; citation_doi=10.1016/j.nima.2016.09.053; citation_id=CR4 citation_journal_title=JINST; citation_author=G Zappalà; citation_volume=11; citation_publication_date=2016; citation_pages=P11010; citation_doi=10.1088/1748-0221/11/11/P11010; citation_id=CR5 citation_journal_title=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A; citation_author=F Acerbi, S Gundacker; citation_volume=926; citation_publication_date=2019; citation_pages=16-35; citation_doi=10.1016/j.nima.2018.11.118; citation_id=CR6 citation_journal_title=Instruments; citation_author=F Acerbi; citation_volume=3; citation_issue=1; citation_publication_date=2019; citation_pages=15; citation_doi=10.3390/instruments3010015; citation_id=CR7 citation_journal_title=IEEE Trans. Electron Devices; citation_author=C Piemonte; citation_volume=63; citation_issue=3; citation_publication_date=2016; citation_pages=1111-1116; citation_doi=10.1109/TED.2016.2516641; citation_id=CR8 citation_journal_title=Sensors; citation_author=A Gola; citation_volume=19; citation_issue=2; citation_publication_date=2019; citation_pages=308; citation_doi=10.3390/s19020308; citation_id=CR9 C. Jackson et al., Proc. SPIE 9359, Optical Components and Materials XII, 93591A (2015) citation_journal_title=Astropart. Phys.; citation_author=AM Hillas; citation_volume=43; citation_publication_date=2013; citation_pages=19-43; citation_doi=10.1016/j.astropartphys.2012.06.002; citation_id=CR11 citation_journal_title=Ann. Rev. Astron. Astrophys.; citation_author=JA Hinton, W Hofmann; citation_volume=47; citation_publication_date=2009; citation_pages=523-565; citation_doi=10.1146/annurev-astro-082708-101816; citation_id=CR12 citation_journal_title=Astropart. Phys.; citation_author=J Aleksić; citation_volume=72; citation_publication_date=2016; citation_pages=61-75; citation_doi=10.1016/j.astropartphys.2015.04.004; citation_id=CR13 citation_journal_title=Astropart. Phys.; citation_author=J Aleksić; citation_volume=72; citation_publication_date=2016; citation_pages=76-94; citation_doi=10.1016/j.astropartphys.2015.02.005; citation_id=CR14 citation_journal_title=New Astronom. Rev.; citation_author=JA Hinton; citation_volume=48; citation_issue=5–6; citation_publication_date=2004; citation_pages=331-337; citation_doi=10.1016/j.newar.2003.12.004; citation_id=CR15 citation_journal_title=Astropart. Phys.; citation_author=J Holder; citation_volume=25; citation_issue=6; citation_publication_date=2006; citation_pages=391-401; citation_doi=10.1016/j.astropartphys.2006.04.002; citation_id=CR16 N. Park et al., Proceedings of Science ICRC2015, 771 citation_journal_title=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A; citation_author=C Perennes; citation_volume=984; citation_publication_date=2020; citation_pages=164485; citation_doi=10.1016/j.nima.2020.164485; citation_id=CR18 A. Bouvier et al., Proc. SPIE 8852, Hard X-ray, Gamma-Ray, and Neutron Detector Physics XV, 88520K (2013) citation_journal_title=Astropart. Phys; citation_author=M Wood; citation_volume=72; citation_publication_date=2016; citation_pages=11-31; citation_doi=10.1016/j.astropartphys.2015.04.008; citation_id=CR20 citation_journal_title=JINST; citation_author=H Anderhub; citation_volume=8; citation_publication_date=2013; citation_pages=P06008; citation_doi=10.1088/1748-0221/8/06/P06008; citation_id=CR21 citation_journal_title=JINST; citation_author=A Biland; citation_volume=9; citation_publication_date=2014; citation_pages=P10012; citation_doi=10.1088/1748-0221/9/10/P10012; citation_id=CR22 M. L. Knoetig et al., arXiv:1307.6116 [astro-ph.IM] citation_journal_title=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A; citation_author=G Ambrosi; citation_volume=824; citation_publication_date=2016; citation_pages=125-127; citation_doi=10.1016/j.nima.2016.01.062; citation_id=CR24 citation_journal_title=Astropart. Phys.; citation_author=BS Acharya; citation_volume=43; citation_publication_date=2013; citation_pages=3-18; citation_doi=10.1016/j.astropartphys.2013.01.007; citation_id=CR25 The CTA Consortium, Science with the Cherenkov Telescope Array, (2019) ISBN: 978-981-3270-08-4 citation_journal_title=Eur. Phys. J. C; citation_author=M Heller; citation_volume=77; citation_publication_date=2017; citation_pages=47; citation_doi=10.1140/epjc/s10052-017-4609-z; citation_id=CR27 C. Alispach et al, Proceedings of Science ICRC2019, 617 G. Pareschi, Proc. SPIE 9906, Ground-based and Airborne Telescopes VI, 99065T (2016) G. Marchiori et al., Proc. SPIE 10700, Ground-based and Airborne Telescopes VII, 107005W (2018) citation_journal_title=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A; citation_author=JL Dournaux; citation_volume=845; citation_publication_date=2017; citation_pages=355-358; citation_doi=10.1016/j.nima.2016.05.059; citation_id=CR31 citation_journal_title=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A; citation_author=A Asano; citation_volume=912; citation_publication_date=2018; citation_pages=177-181; citation_doi=10.1016/j.nima.2017.11.017; citation_id=CR32 citation_journal_title=A&A; citation_author=S Lombardi; citation_volume=634; citation_publication_date=2020; citation_pages=A22; citation_doi=10.1051/0004-6361/201936791; citation_id=CR33 J. F. Glicenstein, Proceedings of Science ICRC2019, 269 C. Adams et al., Proc. SPIE 11488, Optical system alignment, tolerancing, and verification XIII, 1148805 (2020) C. Adams et al., Proceedings of Science ICRC2019, 807 citation_journal_title=Astropart. Phys.; citation_author=C Adams; citation_volume=128; citation_publication_date=2021; citation_pages=102562; citation_doi=10.1016/j.astropartphys.2021.102562; citation_id=CR37 C. Adams et al., Proceedings of Science ICRC2019, 810 C. Adams et al., Proceedings of Science ICRC2019, 742 J. Cortina, Proceedings of Science ICRC2019, 653 citation_journal_title=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A; citation_author=M Mallamaci; citation_volume=936; citation_publication_date=2019; citation_pages=231-232; citation_doi=10.1016/j.nima.2018.09.141; citation_id=CR41 citation_journal_title=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A; citation_author=A Berti; citation_volume=982; citation_publication_date=2020; citation_pages=164373; citation_doi=10.1016/j.nima.2020.164373; citation_id=CR42 S. Sakurai, Proceedings of Science ICRC2019, 780 citation_journal_title=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A; citation_author=D Guberman; citation_volume=923; citation_publication_date=2019; citation_pages=19-25; citation_doi=10.1016/j.nima.2019.01.052; citation_id=CR44 citation_journal_title=Radiat. Detect. Technol. Methods; citation_author=H He; citation_volume=2; citation_publication_date=2018; citation_pages=7; citation_doi=10.1007/s41605-018-0037-3; citation_id=CR45 citation_journal_title=Proc. TIPP; citation_author=BY Bi; citation_volume=2017; citation_publication_date=2017; citation_pages=22-26; citation_id=CR46 S. S. Zhang et al., Proceedings of Science ICRC2019, 489 citation_journal_title=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A; citation_author=O Gress; citation_volume=845; citation_publication_date=2017; citation_pages=367-372; citation_doi=10.1016/j.nima.2016.08.031; citation_id=CR48 citation_journal_title=JINST; citation_author=D Chernov; citation_volume=15; citation_publication_date=2020; citation_pages=C09062; citation_doi=10.1088/1748-0221/15/09/C09062; citation_id=CR49 J. Audehm et al., Proceedings of Science ICRC2019, 636 A. N. Otte et al, Proceedings of Science ICRC2019, 976 citation_journal_title=IEEE Trans. Instrum. Meas.; citation_author=KT Son, CC Lee; citation_volume=59; citation_issue=11; citation_publication_date=2010; citation_pages=3005-3011; citation_doi=10.1109/TIM.2010.2047127; citation_id=CR52 citation_journal_title=Opt. Lett.; citation_author=J Riu; citation_volume=37; citation_issue=7; citation_publication_date=2012; citation_pages=1229-1231; citation_doi=10.1364/OL.37.001229; citation_id=CR53 citation_journal_title=JINST; citation_author=CE Aalseth; citation_volume=12; citation_publication_date=2017; citation_pages=P09030; citation_doi=10.1088/1748-0221/12/09/P09030; citation_id=CR54 citation_journal_title=IEEE Trans. Electron Devices; citation_author=F Acerbi; citation_volume=64; citation_issue=2; citation_publication_date=2017; citation_pages=521-526; citation_doi=10.1109/TED.2016.2641586; citation_id=CR55 citation_journal_title=JINST; citation_author=L Baudis; citation_volume=13; citation_publication_date=2018; citation_pages=P10022; citation_doi=10.1088/1748-0221/13/10/P10022; citation_id=CR56 citation_journal_title=JINST; citation_author=L Consiglio; citation_volume=15; citation_publication_date=2020; citation_pages=C05063; citation_doi=10.1088/1748-0221/15/05/C05063; citation_id=CR57 citation_journal_title=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A; citation_author=A Anastasio; citation_volume=718; citation_publication_date=2013; citation_pages=134-137; citation_doi=10.1016/j.nima.2012.08.065; citation_id=CR58 citation_journal_title=Seattle, WA; citation_author=V Bocci; citation_volume=2014; citation_publication_date=2014; citation_pages=1-5; citation_id=CR59 citation_journal_title=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A; citation_author=S Grazzi; citation_volume=976; citation_publication_date=2020; citation_pages=164275; citation_doi=10.1016/j.nima.2020.164275; citation_id=CR60 citation_journal_title=JINST; citation_author=SN Axani; citation_volume=13; citation_publication_date=2018; citation_pages=P03019; citation_doi=10.1088/1748-0221/13/03/P03019; citation_id=CR61 citation_journal_title=Phys. Rept.; citation_author=M Aguilar; citation_volume=894; citation_publication_date=2021; citation_pages=1-116; citation_doi=10.1016/j.physrep.2020.09.003; citation_id=CR62 citation_journal_title=Phys. Rev. Lett.; citation_author=O Adriani; citation_volume=119; citation_publication_date=2017; citation_pages=181101; citation_doi=10.1103/PhysRevLett.119.181101; citation_id=CR63 citation_journal_title=Riv. Nuovo Cim.; citation_author=O Adriani; citation_volume=40; citation_issue=10; citation_publication_date=2017; citation_pages=473-522; citation_id=CR64 citation_journal_title=Astrophys. J.; citation_author=WB Atwood; citation_volume=697; citation_issue=2; citation_publication_date=2009; citation_pages=1071-1102; citation_doi=10.1088/0004-637X/697/2/1071; citation_id=CR65 citation_journal_title=Astropart. Phys.; citation_author=J Chang; citation_volume=95; citation_publication_date=2017; citation_pages=6-24; citation_doi=10.1016/j.astropartphys.2017.08.005; citation_id=CR66 F. Altamura et al., Proceedings of the 29th international cosmic ray conference 2, 343 (2005) citation_journal_title=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A; citation_author=M Casolino; citation_volume=986; citation_publication_date=2021; citation_pages=164649; citation_doi=10.1016/j.nima.2020.164649; citation_id=CR68 citation_journal_title=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A; citation_author=PF Bloser; citation_volume=812; citation_publication_date=2016; citation_pages=92-103; citation_doi=10.1016/j.nima.2015.12.047; citation_id=CR69 T. Sharma et al., Manchester, United Kingdom 2019, 1–4 (2019) L.J. Mitchell et al., Manchester, United Kingdom 2019, 1–9 (2019) L. J. Mitchell et al, Proc. SPIE 11118, UV, X-Ray, and Gamma-Ray Space Instrumentation for Astronomy XXI, 111180I (2019) citation_journal_title=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A; citation_author=M Barella; citation_volume=979; citation_publication_date=2020; citation_pages=164490; citation_doi=10.1016/j.nima.2020.164490; citation_id=CR73 S. N. Zhang et al., Proc. SPIE 9144, Space Telescopes and Instrumentation 2014: Ultraviolet to Gamma Ray, 91440X (2014) citation_journal_title=Exp. Astron.; citation_author=D Angelis; citation_volume=44; citation_publication_date=2017; citation_pages=25-82; citation_doi=10.1007/s10686-017-9533-6; citation_id=CR75 A. Moiseev, Proceedings of Science ICRC2019, 583 citation_journal_title=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A; citation_author=K Lacombe; citation_volume=912; citation_publication_date=2018; citation_pages=144-148; citation_doi=10.1016/j.nima.2017.11.005; citation_id=CR77 citation_journal_title=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A; citation_author=C Altomare; citation_volume=983; citation_publication_date=2020; citation_pages=164476; citation_doi=10.1016/j.nima.2020.164476; citation_id=CR78 citation_journal_title=Phys. At. Nucl.; citation_author=AI Arkhangelskiy; citation_volume=83; citation_publication_date=2020; citation_pages=252-257; citation_doi=10.1134/S1063778820020039; citation_id=CR79 A. De Benedittis et al., Proceedings of Science ICRC2019, 069 citation_journal_title=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A; citation_author=C Altomare; citation_volume=982; citation_publication_date=2020; citation_pages=164479; citation_doi=10.1016/j.nima.2020.164479; citation_id=CR81 G. Paternoster et al., contribution to 13$^{th}$ Trento workshop on advanced silicon radiation detectors (2018) citation_journal_title=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A; citation_author=T Kirn; citation_volume=845; citation_publication_date=2017; citation_pages=481-485; citation_doi=10.1016/j.nima.2016.06.057; citation_id=CR83 C. Perrina, EPJ Web of Conferences 209, 01040 (2019) C. Perrina et al., Proceedings of Science ICRC2019, 122 citation_journal_title=Exp. Astron.; citation_author=JH Adams; citation_volume=40; citation_publication_date=2015; citation_pages=3-17; citation_doi=10.1007/s10686-015-9482-x; citation_id=CR86 A. Haungs, Proceedings of Science ICRC2015, 643 citation_journal_title=Phys. Rev. D; citation_author=A Neronov; citation_volume=95; citation_publication_date=2017; citation_pages=023004; citation_doi=10.1103/PhysRevD.95.023004; citation_id=CR88 A. V. Olinto et al., arXiv:1907.06217 [astro-ph.HE] citation_journal_title=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A; citation_author=JF Krizmanic; citation_volume=985; citation_publication_date=2021; citation_pages=164614; citation_doi=10.1016/j.nima.2020.164614; citation_id=CR90 S. Bacholle et al., arXiv:2010.01937 [astro-ph.IM] L. Wienke and A. Olinto, Proceedings of Science ICRC2017, 1097 citation_journal_title=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A; citation_author=V Scotti, G Osteria; citation_volume=958; citation_publication_date=2020; citation_pages=162164; citation_doi=10.1016/j.nima.2019.05.005; citation_id=CR93 citation_journal_title=Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A; citation_author=E Garutti, Y Musienko; citation_volume=926; citation_publication_date=2019; citation_pages=69-84; citation_doi=10.1016/j.nima.2018.10.191; citation_id=CR94 citation_journal_title=Rev. Mod. Phys.; citation_author=M Durante, FA Cucinotta; citation_volume=83; citation_publication_date=2011; citation_pages=1245; citation_doi=10.1103/RevModPhys.83.1245; citation_id=CR95 J. Link et al., Proceedings of Science ICRC2017, 235 J. Link et al., Proceedings of Science ICRC2019, 096 J. R. Smith et al., Proceedings of Science ICRC2019, 604 citation_journal_title=Adv. Space Res.; citation_author=X Wu; citation_volume=63; citation_issue=8; citation_publication_date=2019; citation_pages=2672-2682; citation_doi=10.1016/j.asr.2019.01.012; citation_id=CR99