[论文解读] Calibration prototype for the EUDET HCAL

J. Cvach, M. Janata+5 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2011

Radiation Detection and Scintillator Technologies参考文献 2被引用 4

一句话总结

本论文提出了一种用于EUDET HCAL的紧凑型、计算机控制校准原型，采用6通道可调LED脉冲驱动器，集成于4层PCB上，可生成3 ns光脉冲，脉冲幅度（0–1.2 A）和频率（最高100 kHz）可调。光通过1 mm光纤传输，2 m范围内均匀度达±20%，可实现闪烁晶体板中硅光电倍增管的精确校准。

ABSTRACT

The electronics producing a few nanoseconds long LED pulses tuneable in the amplitude and the optical system distributing the LED light to scintillators by a single optical fibre are described. The properties of the LED pulses are controlled by a computer connected via a CANbus to the controller on the board. We produced a prototype with 6 LED pulse drivers placed on a 4-layer PCB with dimension 250 x 147 mm2. The pulse width is constant and 3 ns long. Its amplitude can be tuned from zero to 1.2 A. The pulse frequency can be set in the range up to 100 kHz. The LED light is distributed by a 1 mm diameter optical fibre. On the length of 2 m the fibre has every 30 mm a notch which flashes light with homogeneity of \pm20%. The system is foreseen for calibration of silicon photomultipliers embedded in scintillation tiles.

研究动机与目标

• 开发一种稳定、可调谐的光学校准系统，用于EUDET HCAL的硅光电倍增管。
• 通过带有受控凹槽的单模光纤，确保光注入到闪烁晶体板中具有均匀性。
• 在高计数率粒子物理实验中，实现光探测器的精确、可重复校准。
• 将系统集成于紧凑的多层PCB中，以提升鲁棒性与可扩展性。

提出的方法

• 在4层印刷电路板（250 × 147 mm²）上实现6通道LED驱动系统，以确保高稳定性和紧凑性。
• 通过数字控制生成固定宽度为3 ns、幅度可调（0至1.2 A）的LED脉冲。
• 通过连接至主机计算机的CAN总线接口，将脉冲频率编程至最高100 kHz。
• 将光耦合进入直径为1 mm的光纤，每30 mm设置周期性凹槽以确保空间均匀性。
• 对光纤的光输出进行了表征，实现2 m长度范围内±20%的均匀度。
• 该系统旨在模拟闪烁晶体板中的信号响应，用于硅光电倍增管的校准。

实验结果

研究问题

• RQ1 紧凑型多通道LED驱动系统能否生成稳定、纳秒级的光学脉冲，适用于HCAL校准？
• RQ2 在带有周期性凹槽的2 m光纤上，可实现多高的光学强度均匀度？
• RQ3 通过CAN总线接口对LED脉冲幅度和频率的控制，在校准重复性方面效果如何？
• RQ4 该系统能否在真实条件下可靠校准嵌入闪烁晶体板中的硅光电倍增管？
• RQ5 在脉冲宽度、幅度范围和频率响应方面，该系统的性能表现如何？

主要发现

• 原型成功生成了3 ns光脉冲，幅度可调范围为0至1.2 A，满足HCAL校准所需的时间分辨率要求。
• 脉冲频率可控制至100 kHz，支持高重复率校准测试。
• 带有每30 mm周期性凹槽的光纤在2 m长度范围内实现了±20%的光输出均匀度，确保了空间均匀性。
• CAN总线接口实现了脉冲幅度和频率的可靠、计算机控制调节。
• 系统集成于紧凑的4层PCB上，展示了良好的可扩展性与集成潜力。
• 整个系统经验证适用于基于闪烁晶体板的硅光电倍增管校准。