基于高速相关采样的锁模激光回波实时检测

针对锁模激光器微弱回波信号探测的需求,提出了一种基于高速相关采样和在线实时并行累加处理算法相结合的方法,对传统的模拟取样积分方法进行了改进,可实现无参考信号条件下的实时数字累加检测。设计并实现了一套基于该方法的锁模激光器微弱回波信号检测原型系统,使用12 bit@900 MSPS模拟-数字转换芯片（ADC） ADS5409对经光电转换之后的锁模激光回波信号进行波形采样,并利用现场可编程逻辑门阵列（FPGA）芯片Kintex-7实现对ADC的控制及在线数据处理。系统测试结果表明,对于重复频率为8 MHz、平均功率为0.04 nW的锁模激光回波信号,通过在FPGA内进行16 000次脉冲波形精确累加,可实现信号的有效检出,且从波形采集完毕到输出检测结果的延时小于100 ns,达到了高度的实时性。经900次重复实验,检测效率达到100%,且无虚警情况发生。     

基于LED纳秒级脉冲的SiPM阵列监测电路

环形正负电子对撞机（CEPC）电磁量能器（ECAL）原型机的探测单元采用硅光电倍增管（SiPM）作为光电转换器件。由于SiPM具有温度依赖性强和响应速度快的特点,需监测电路产生与SiPM响应速度相匹配的脉冲光激发SiPM,对其增益和动态范围进行监测。本文根据模拟仿真结果,设计了基于双NMOS的驱动电路和相应的控制电路,该电路驱动发光二极管（LED）发射纳秒级窄脉冲光,且强度可调。利用光电倍增管（PMT）测得单路LED发光时域特性,脉冲时间宽度约为10 ns。在CEPC ECAL电子学联测中,SiPM监测电路正常工作,批量测得ECAL原型机中SiPM的增益指标,满足原型机的自检需求。     

基于FELIX的微结构气体探测器读出电子学系统设计

微结构气体探测器因其精度高、面积大等优点,在粒子物理实验中得到了非常广泛的应用。微结构气体探测器的未来应用将面临ASIC种类多、通道数多、数据量大等问题,给读出电子学系统的设计带来了很大的挑战,已成为微结构气体探测器进一步发展应用的瓶颈。FELIX系统具有数据带宽大、通道数多等特点,可很好解决这一问题。基于FELIX的电子学系统由完成探测器信号数字化的前端电子学模块、完成数据汇总的GBT模块、完成数据读出的FELIX系统、完成数据处理的数据处理终端组成,可完成10 240路半数字通道读出或4 096路模拟通道读出。该系统与Micromegas探测器一起实现宇宙线径迹探测,验证了该系统的通用性和兼容性,为微结构气体探测器的应用需求提供了一个通用的解决方案。     

PandaX-nT暗物质探测实验读出电子学预研系统的研制

PandaX-nT升级对电子学系统提出了诸多新的挑战,如更多的通道数、高速高精度的波形数字化、灵活的触发算法和更高的数据带宽要求等。本文介绍一种为未来PandaX-nT暗物质直接探测升级实验预研的读出电子学系统。该电子学系统主要由前置放大电路模块、波形数字化模块（FDM）、数据获取模块（DAQ）和时钟分发模块等组成。FDM集成8路14 bit@ 1 GS/s ADC,具有较高集成度,可实现对探测器信号波形数字化,并通过光纤与DAQ通信。DAQ可汇总多块FDM数据,实现全数字化的触发算法,并通过基于TCP协议的千兆以太网与计算机通信,保证了数据传输的可靠与稳定。目前已完成了整个读出电子学系统设计,并对整个电子学系统进行了功能验证,以及与探测器进行了初步的联合测试。整个电子学系统具有较高的可扩展性,并能实现更复杂的触发算法,能满足下一代升级的需求。     

面向暗物质直接探测的原型液氩探测器读出电子学系统设计

针对面向暗物质直接探测的t级原型液氩探测器的信号读出需求,本文设计了1套基于高速、高精度波形数字化技术及PXI Express高速仪器总线技术的读出电子学系统。该系统采用多个波形数字化模块和1个全局触发模块,实现单机箱40路光电倍增管信号的同步采集。系统具有很好的灵活性和可扩展性,通过将多个机箱的触发模块级联可进一步将系统规模扩展至数百通道。该系统研制完成后,配合1个10 kg级的小型液氩探测器开展了单光电子标定和放射源联调测试。通过放射源测试,获得了高质量的液氩探测器闪烁光信号波形。利用脉冲形状甄别算法,可清晰区分核反冲事例和γ事例,初步结果表明,在80~240 pe(光电子)信号幅度范围内的17万个事例中,没有电子反冲信号被误判为中子信号,验证了读出电子学技术路线和设计方案的可行性。