Model of electrical characteristics of SiPM array and optimization of front-end design for three-dimensional depth sounder

从硅光电倍增管(SiPM)单个微元的微等离子体电子行为模型出发,分析了SiPM的电子特性,提出了SiPM前端电子学最优设计方案.阐述了SiPM的工作机理,给出了SiPM的电子行为模型,分析了SiPM应用于水下三维测深的优势.根据水下测深信号的回波特性,设计了高速、高带宽的前置放大器,并对前置放大器进行了交流分析和瞬态分析.结果表明,该前置放大电路在带宽内具有很高的增益平坦度,相位裕度大于60°,基本保证了信号的完整性,同时保持了激光脉冲的波形.分析和测试结果表明,该探测器和电路设计方案完全能够满足水下三维测深的需要.     

基于SiPM的高灵敏度大响应范围的弱光探测系统

为了满足在极低和较高光功率范围内对光信号的探测,提出了基于硅光电倍增管(SiPM)的弱光检测系统,该系统包含自动调节偏压电路、电流-电压转换电路、小信号放大电路和滤波电路。测量不同偏压下SiPM的输出与入射光信号之间的关系,实验结果显示,偏压对SiPM的输出有很大影响,不同偏压下,SiPM的探测能力和探测范围都不相同。此外,该系统对25 pW到1.75μW的光信号都有响应,能在极低和较高光功率范围内对光信号进行连续探测。     

上海光源前端高热负载挡光器的结构设计与优化

为了有效处理上海光源前端挡光器接收的高热负载,研究了挡光器的结构设计及其优化方法。选用高导热性、高强度的GlidCop AL-15制造挡光器吸收体,采用直接水冷和掠入射结构提高其热缓释能力。以对流换热系数和压力降为评价指标,选用佩图克方程和达尔西-韦斯巴赫方程优化冷却水路,通过热分析得到了不同参数下挡光器的温度和热应力分析结果,从而确定了挡光器的结构设计优化参数。优化后挡光器的水路直径为6mm,水路到光照面的距离为9mm,光照面接线处圆角≥2mm,且水路与光束方向基本平行。与初始结构相比,优化后挡光器的最高整体温度和最高冷却壁温度分别下降约8%和1/4,最大等效应力降低了1/2左右,完全满足上海光源前端部件的设计要求。目前,应用优化参数设计的挡光器已应用于上海光源实际工程中。