免费光子探测效率计算器 (SiPM)

理解SiPM的光子探测效率 (PDE)

硅光电倍增管 (SiPM) 是固态探测器，擅长感知极微弱和快速的光学信号，可低至单光子级别。其高增益和快速响应使其在医学成像技术（如正电子发射断层扫描PET和单光子发射计算机断层扫描SPECT）中前景广阔，且能与磁共振成像 (MRI) 系统协同工作。评估SiPM性能时，光子探测效率 (PDE)——即入射光子触发可测量输出的概率——是基本指标。本光子探测效率计算器（常称为SiPM PDE计算器）将传感器响应度转换为PDE，同时对次级效应进行必要校正。

基于响应度的PDE公式

从响应度 ($R$, A/W) 到PDE的转换取决于入射光子能量、内部雪崩增益以及杂散事件的可能性。本工具内置的SiPM响应度PDE转换器应用以下关系式：

$$\text{PDE} = \frac{R \cdot \dfrac{h c}{\lambda}}{e \cdot G} \cdot \frac{1}{(1+P_{\text{XT}})(1+P_{\text{AP}})}$$

其中：

符号	含义	典型值 / 单位
$h$	普朗克常数	$6.626 \times 10^{-34}\ \text{m}^2\!\cdot\!\text{kg/s}$
$c$	真空光速	$2.998 \times 10^{8}\ \text{m/s}$
$e$	元电荷	$1.602 \times 10^{-19}\ \text{C}$
$\lambda$	入射光波长	米（常用纳米）
$G$	增益（每检测到一个光子产生的载流子数）	无量纲（例如 $10^6$)
$P_{\text{XT}}$	光学串扰概率	小数（例如 0.20）
$P_{\text{AP}}$	后脉冲概率	小数（例如 0.04）

因此，上述光子探测效率公式表明，未经校正的响应度会高估PDE，因为串扰和后脉冲增加了额外信号。

光学串扰与后脉冲详解

光学串扰是指一个初始光子激发的雪崩中，产生的次级光子逃逸出原像素并触发相邻像素，模拟出额外光子到达的现象。后脉冲则源于硅晶格缺陷中俘获的载流子；当它们在纳秒后被释放时，会产生一个延迟的假脉冲。两者都会人为提高测得的电流，若不校正将导致PDE计算结果偏高。分母中的因子 $(1+P_{\text{XT}})$ 和 $(1+P_{\text{AP}})$ 补偿了这一过量计数，从而得出更真实的硅光电倍增管计算器结果。

计算示例

假设一个SiPM具有以下特性：

• 增益 $G = 1{,}000{,}000$
• 串扰概率 $P_{\text{XT}} = 20\%$ (0.20)
• 后脉冲概率 $P_{\text{AP}} = 4\%$ (0.04)
• 入射光波长 $\lambda = 420\ \text{nm}$
• 响应度 $R = 150{,}000\ \text{A/W}$

将这五个数值输入光子探测效率计算器，工具立即计算出PDE为 35.48%。本示例展示了响应度转PDE的转换如何无缝进行，节省时间并避免手动错误。

工具的多功能性

该计算器可作为双向SiPM PDE计算器：在六个输入字段（R、G、λ、$P_{\text{XT}}$、$P_{\text{AP}}$ 和目标PDE）中任意提供五个，即可求出缺失的数值。无论您是在优化PET探测器、比较SiPM数据手册还是进行实验室表征，这款硅光电倍增管计算器都能帮助您直接从响应度测量值快速评估PDE。