ANRI

АНРИ (Аппаратура и Новости Радиационных Измерений)

2075-1338

104231

10.37414/2075-1338-2025-122-3-17-28

Научные статьи

Scientific article

Научные статьи

Solid-State Detectors of Optical Signals and Radiation Part 2.2. Figures of Merit

Твердотельные детекторы оптических сигналов и радиации Часть 2.2. Показатели качества детекторов

Виноградов

С. Л.

Vinogradov

S. L.

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН Москва Россия P.N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences Moscow Russian Federation

16 09 2025

3 17 28 15 09 2025

https://doza.editorum.ru/en/nauka/article/104231/view

В продолжение второй части обзора твердотельных детекторов рассматриваются обобщенные критерии и показатели качества детектирования, а также конкурентность разных типов детекторов на основе этих показателей. В обзоре сделаны акценты на вероятностное описание случайных процессов формирования сигнала и шума детектирования в твердотельных детекторах малофотонных оптических сигналов и радиации с лавинным умножением.

Abstract. In continuation of the second part of the review of solid-state detectors of optical signals and radiation, generalized figures of merit and competitiveness of different types of detectors are considered. The review emphasizes the probabilistic description of random detection processes in solid-state detectors with avalanche multiplication.

фотодиод лавинный фотодиод кремниевый фотоумножитель отношение сигнал/шум разрешение шум-фактор порог чувствительности квантовая эффективность детектирования.

photodiode avalanche photodiode silicon photomultiplier signal-to-noise ratio resolution excess noise factor threshold sensitivity detective quantum efficiency

B. Dolgoshein и др., «Large area UV SiPMs with extremely low cross-talk», Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. A Accel. Spectrometers, Detect. Assoc. Equip., 2012, Т. 695, рр. 40-43.

B. Dolgoshein i dr., «Large area UV SiPMs with extremely low cross-talk», Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. A Accel. Spectrometers, Detect. Assoc. Equip., 2012, T. 695, rr. 40-43.

S. Vinogradov, E. Popova, «Status and perspectives of solid state photon detectors», Nucl. Instruments Methods, Phys. Res. Sect. A Accel. Spectrometers, Detect. Assoc. Equip., 2020, Т. 952, № 1, рр. 161752.

S. Vinogradov и др. «Efficiency of Solid State Photomultipliers in Photon Number Resolution», IEEE Trans. Nucl. Sci., 2011, Т. 58, № 1, рр. 9-16.

S. Vinogradov i dr. «Efficiency of Solid State Photomultipliers in Photon Number Resolution», IEEE Trans. Nucl. Sci., 2011, T. 58, № 1, rr. 9-16.

A.V. Akindinov и др. «New results on MRS APDs, Nucl. Instruments Methods», Phys. Res. Sect. A Accel. Spectrometers, Detect. Assoc. Equip.», 1997, Т. 387, № 1-2, рр. 231-234.

A.V. Akindinov i dr. «New results on MRS APDs, Nucl. Instruments Methods», Phys. Res. Sect. A Accel. Spectrometers, Detect. Assoc. Equip.», 1997, T. 387, № 1-2, rr. 231-234.

H. Barrett, K. Myers, «Poisson Statistics and Photon Counting, Foundations of Imaging Science.», New York, USA: Wiley-Interscience», 2003, рр. 1584.

H. Barrett, K. Myers, «Poisson Statistics and Photon Counting, Foundations of Imaging Science.», New York, USA: Wiley-Interscience», 2003, rr. 1584.

R.E. Burgess, «Some topics in the fluctuations of photo-processes in solids», J. Phys. Chem. Solids, 1961, Т. 22, рр. 371-377.

R.E. Burgess, «Some topics in the fluctuations of photo-processes in solids», J. Phys. Chem. Solids, 1961, T. 22, rr. 371-377.

P. Buzhan и др. «An advanced study of silicon photomultiplier», ICFA Instrum.Bull., 2001, рр. 28-41.

P. Buzhan i dr. «An advanced study of silicon photomultiplier», ICFA Instrum.Bull., 2001, rr. 28-41.

P. Buzhan и др. «Silicon photomultiplier and its possible applications», Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. A Accel. Spectrometers, Detect. Assoc. Equip., 2003, Т. 504. № 1–3. рр. 48-52.

P. Buzhan i dr. «Silicon photomultiplier and its possible applications», Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. A Accel. Spectrometers, Detect. Assoc. Equip., 2003, T. 504. № 1–3. rr. 48-52.

E. Engelmann и др. «Tip Avalanche Photodiode — A New Generation Silicon Photomultiplier Based on Non-Planar Technology», IEEE Sens. J., 2021, Т. 21, № 5. рр. 6024-6034.

E. Engelmann i dr. «Tip Avalanche Photodiode — A New Generation Silicon Photomultiplier Based on Non-Planar Technology», IEEE Sens. J., 2021, T. 21, № 5. rr. 6024-6034.

10.

International Electrotechnical Commission (IEC). International Standard: Medical electrical equipment – Characteristics of digital X-ray imaging devices – Determination of the detective quantum efficiency (IEC 62220-1-3), под ред. IEC., 2008, рр. 1-72.

11.

D. McNally, V. Golovin, «Review of solid state photomultiplier developments by CPTA and photonique SA» Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. A Accel. Spectrometers, Detect. Assoc. Equip., 2009, Т. 610, № 1, рр. 150-153.

12.

Z. Sadygov и др. «Three advanced designs of micro-pixel avalanche photodiodes: Their present status, maximum possibilities and limitations», Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. A Accel. Spectrometers, Detect. Assoc. Equip., 2006, Т. 567, № 1. рр. 70-73.

Z. Sadygov i dr. «Three advanced designs of micro-pixel avalanche photodiodes: Their present status, maximum possibilities and limitations», Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. A Accel. Spectrometers, Detect. Assoc. Equip., 2006, T. 567, № 1. rr. 70-73.

13.

Z.Y. Sadyigov и др., «Investigation of the possibility of creating a multichannel photodetector based on the avalanche MRS-structure», SPIE Proc. Optical Memory and Neural Networks, 1991, рр. 158-168.

Z.Y. Sadyigov i dr., «Investigation of the possibility of creating a multichannel photodetector based on the avalanche MRS-structure», SPIE Proc. Optical Memory and Neural Networks, 1991, rr. 158-168.

14.

J.E. Tkaczyk и др., «Detective quantum efficiency of an energy resolving photon counting detector», Proc. SPIE., 2008, Т. 6913, рр. 69130N-69130N–11.

J.E. Tkaczyk i dr., «Detective quantum efficiency of an energy resolving photon counting detector», Proc. SPIE., 2008, T. 6913, rr. 69130N-69130N–11.

15.

S. Vinogradov и др., «Efficiency of solid state Photomultipliers in photon number resolution», 2009 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record (NSS/MIC) : IEEE, 2009, рр. 1952-1958.

S. Vinogradov i dr., «Efficiency of solid state Photomultipliers in photon number resolution», 2009 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record (NSS/MIC) : IEEE, 2009, rr. 1952-1958.

16.

S. Vinogradov, «Probabilistic analysis of solid state photomultiplier performance», Advanced Photon Counting Techniques VI., 2012a, рр. 83750S-83750S–9.

S. Vinogradov, «Probabilistic analysis of solid state photomultiplier performance», Advanced Photon Counting Techniques VI., 2012a, rr. 83750S-83750S–9.

17.

S. Vinogradov, «Analytical models of probability distribution and excess noise factor of solid state photomultiplier signals with crosstalk», Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. A Accel. Spectrometers, Detect. Assoc. Equip.», 2012b, Т. 695, рр. 247-251.

18.

S. Vinogradov, «Perfomance of Silicon Photomultipliers in photon number and time resolution», Proceedings of International Conference on New Photo-detectors — PoS(PhotoDet2015). Trieste, Italy, IT: Sissa Medialab, 2016, рр. 002.

19.

S. Vinogradov и др., «Tip Avalanche Photodiode – A New Wide Spectral Range Silicon Photomultiplier», Radiation Detection Systems. Boca Raton and London: CRC Press of Taylor & Francis Group, 2021, 2nd Editio, рр. 257-288.

S. Vinogradov i dr., «Tip Avalanche Photodiode – A New Wide Spectral Range Silicon Photomultiplier», Radiation Detection Systems. Boca Raton and London: CRC Press of Taylor & Francis Group, 2021, 2nd Editio, rr. 257-288.

20.

S. Vinogradov, «Tip Avalanche Photodiode – A spherical-junction SiPM concept», Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. A Accel. Spectrometers, Detect. Assoc. Equip.» 2023, Т. 1045, рр. 167-596.

21.

R.F. Wagner, E.P. Muntz, «Detective Quantum Efficiency (DQE) analysis of electrostatic imaging and screen-film imaging in mammography», SPIE Proc., под ред. J.E. Gray., 1979, рр. 162-167.

R.F. Wagner, E.P. Muntz, «Detective Quantum Efficiency (DQE) analysis of electrostatic imaging and screen-film imaging in mammography», SPIE Proc., pod red. J.E. Gray., 1979, rr. 162-167.

22.

F. Wang и др., «How to characterize figures of merit of two-dimensional photodetectors» Nat. Commun., 2023, Т. 14, № 1, рр. 1-9.

F. Wang i dr., «How to characterize figures of merit of two-dimensional photodetectors» Nat. Commun., 2023, T. 14, № 1, rr. 1-9.

23.

Виноградов С.Л. и др. Вероятностное распределение и шум-фактор сигналов твердотельных фотоэлектронных умножителей с учетом процессов кросс-толка//Краткие сообщения по физике Физического института им. П.Н. Лебедева Российской Академии Наук. 2009. № 9. С. 3-13.

Vinogradov S.L. i dr. Veroyatnostnoe raspredelenie i shum-faktor signalov tverdotel'nyh fotoelektronnyh umnozhiteley s uchetom processov kross-tolka//Kratkie soobscheniya po fizike Fizicheskogo instituta im. P.N. Lebedeva Rossiyskoy Akademii Nauk. 2009. № 9. S. 3-13.

24.

Виноградов С.Л. О разработке кремниевого лавинного фотоумножителя с рекордными параметрами.Наноиндустрия. 2023. Т. 16. № S9-2 (119). С. 457-462.

Vinogradov S.L. O razrabotke kremnievogo lavinnogo fotoumnozhitelya s rekordnymi parametrami.Nanoindustriya. 2023. T. 16. № S9-2 (119). S. 457-462.