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MCP-PMT 量子効率の面一様性の測定 PowerPoint PPT Presentation


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MCP-PMT 量子効率の面一様性の測定. 名古屋大学 理学部 物理学科 高エネルギー物理学研究室 4年 鈴木康文. 目的. MCP-PMT の光電面の性能評価. GaAsP 光電面を持つ MCP-PMT の光電面は 22 ㎜ ×22 ㎜の大きさを持つ. 光電面上での量子効率の波長・位置依存性の測定を行う. 測定装置がない. 測定装置の構築. 光電面上で量子効率が一様であるならば場所によらず一様な光子検出性能が得られる. 背景. TOP カウンターにおける光検出器. 一光子の検出 高い時間分解能( 40ps 以下) 5㎜ 以下の位置分解能

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MCP-PMT 量子効率の面一様性の測定

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Presentation Transcript


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MCP-PMT量子効率の面一様性の測定

名古屋大学 理学部 物理学科

高エネルギー物理学研究室

4年 鈴木康文


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目的

MCP-PMTの光電面の性能評価

GaAsP光電面を持つMCP-PMTの光電面は22㎜×22㎜の大きさを持つ

光電面上での量子効率の波長・位置依存性の測定を行う

測定装置がない

測定装置の構築

光電面上で量子効率が一様であるならば場所によらず一様な光子検出性能が得られる


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背景

TOPカウンターにおける光検出器

一光子の検出

高い時間分解能(40ps以下)

5㎜以下の位置分解能

高磁場(1.5T)下での使用可

400~700㎚の光子の検出

GaAsP光電面を持つMCP-PMT


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量子効率(QE)

光電面への入射光子数をNph

放出電子数をNe

量子効率をQE

電子

光子

光電面

MCP

アノード

一つの光子が光電面に入射した際に一つの電子を放出する確率


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量子効率の求め方

入射光子数(nph)が分かればQEが測定可能

QEの分かっている光検出器に対して光電流(i)を測定すれば入射光子数(nph)が分かる。

単位時間あたりを考える

入射光子数を知るためにフォトダイオード(PD)を用いた。

MCP-PMT,PD測定時に入射光子数が一定なら

nph:1秒間の入射光子数

i:光電流値,e:素電荷

PD

MCP-PMT

i

同じ比で比例する。

PDの量子効率(波長依存性)


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セットアップ

セットアップ図

MCP-PMT

光源 ハロゲンランプ モノクロメータで波長ごとに分光する

波長領域  260~900㎚(20㎚ごとに測定)(波長分解能1.5㎚)

X

スポット

Y

PD

ピコアンメータ(測定精度10fA)による電流測定

スポットを固定して可動台(位置精度15μm)でMCP-PMT,PDを移動

PCによる自動化 (ピコアンメータ、可動台の制御およびQE計算)


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セットアップ

電気回路図

MCP-PMT

光電流の測定が必要なのでMCP-PMTはMCPの手前での電流値を測定する。

MCP-PMT測定時は加速電圧を500Vに設定して測定している。

PD


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セットアップ

注意したところ

スポット以外からの光の入射

ノイズ対策

光の乱反射対策

スポット

光の乱反射対策としてスポット周辺はできるだけ黒いものを用いている。

スポット以外からの光の入射をなくすため光路を筒で覆い黒いテープで巻いた。

可動台

信号線

MCP-PMT

ノイズ対策として信号線に同軸ケーブルを用いてアルミ箔で覆いさらに黒いテープで巻いた。


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測定手順

1㎜おきに23×23の529点で電流値(im)を測定

直径1㎜のスポットで光を照射

1点のみで電流値(im)を測定

光を当てない状態の電流値(id)を測定

光電流値(iph)を見積もる  iph=im-id

MCP-PMT

PD

MCP-PMT,PD

MCP-PMT,PD

MCP-PMT光電面上の位置ごとのQEを計算


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セットアップの評価

GaAsP光電面を持つMCP-PMTのプロトタイプ測定

MCP-PMTを90°回転して測定を行う

回転前

得られた二次元分布図はサンプル固有のものか?

回転後

入射光波長540㎚,0.5㎜ごとの移動における測定電流値(A)

サンプル固有の二次元分布を得ることができた。


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結果

波長ごとのQE位置依存性

波長400㎚,540㎚,700㎚の二次元QE分布図

それぞれの波長におけるQEの最大値を色調の最も高い部分としている。

QEの強度分布は波長ごとに目立った違いは見られない。


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結果

ある位置におけるQEの波長依存性

○ 今回の測定の面平均

○ (6,11)

○ (12,12)

○ (8,20)

相対誤差1.6%

短波長側ではハロゲンランプからの光量が少ないため誤差が大きくなっている。

QEの波長依存性は位置によらず高さの傾向が似ている。


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全測定点おけるQEの波長依存性

Y

小さなグラフは横軸波長、縦軸QEで0%を下限、15%を上限としている。

QEは面全体として似たような波長依存性を持っている。

X


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まとめ

MCP-PMTの量子効率の面一様性を測定する自動化された装置の構築に成功した。

  • 1㎜のスポットで1㎜おきに23×23の529点測定

  • 波長領域 260~900㎚ (20㎚ごとに測定)

  • PCによる自動化

今回の測定では波長540㎚で最大QEとなる点(6,11)において相対誤差1.6%という精度で測定できた。


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バックアップ

波長ごとの位置別量子効率比

QE比は今回の測定の面平均を1としている。

QE比は位置ごとに一定の値となっている。


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バックアップ

誤差

測定系からの誤差を評価した。

 モノクロメータの波長分解能      1.5㎚

 可動台の位置決定精度          15㎛

 ピコアンメータの測定精度         10fA

ピコアンメータの測定精度はMCP-PMT,PDの測定電流値に対して、可動台の位置決定精度はMCP-PMTの測定電流値に対して、モノクロメータの波長分解能はMCP-PMT,PDの光電流値に対して適用してQEの誤差の計算に用いている。

可動台の位置決定精度

モノクロメータの波長分解能


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