《硅光電倍增管性能測試方法》

ICS31.080

CCSL54

ZOIA

中關(guān)村光電產(chǎn)業(yè)協(xié)會團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/XXXXXXX—XXXX

硅光電倍增管性能測試方法

SiliconPhotomultiplierPerformanceTestMethod

（工作組討論稿）

（2023.11.21）

在提交反饋意見時(shí)，請將您知道的相關(guān)專利連同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實(shí)施

中關(guān)村光電產(chǎn)業(yè)協(xié)會發(fā)布

T/XXXXXXX—XXXX

硅光電倍增管關(guān)鍵性能表征方法

1范圍

本文件界定了硅光電倍增管（SiliconPhotomultiplier,SiPM）的術(shù)語，規(guī)定了其光電參數(shù)的測

試方法。

本文件適用于SiPM性能的測試，與芯片尺寸、像素?cái)?shù)目、封裝形式無關(guān)。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T11499-2001半導(dǎo)體分立器件文字符號

GB/T15651半導(dǎo)體器件分立器件和集成電路第5部分：光電子器件

3術(shù)語和定義

GB/T11499-2001和GB/T15651界定的以及下列術(shù)語、定義適用于本文件。

反向擊穿電壓reversebreakdownvoltage

VBR

暗環(huán)境下，通過硅光電倍增管的反向電流驟然增加對應(yīng)的電壓。

暗電流darkcurrent

ID

無光照并在試樣兩端施加規(guī)定的反向偏置電壓時(shí)，通過試樣的電流。

過偏壓overvoltage

Vov

高于反向擊穿電壓以上的電壓。

增益gain

M

暗環(huán)境下，一定過偏壓下的單個像素產(chǎn)生的電荷量與電子電量之比。

暗計(jì)數(shù)率darkcountrate

DCR

暗環(huán)境下，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的雪崩事件數(shù)。

探測效率photondetectionefficiency

PDE

探測到入射光子的概率。

單光子時(shí)間分辨率single-photontimingresolution

SPTR

當(dāng)單光子脈沖照到硅光電倍增，輸出脈沖時(shí)間分布的寬度，以輸出脈沖時(shí)刻統(tǒng)計(jì)直方圖的半高寬來

度量。

1

T/XXXXXXX—XXXX

后脈沖afterpulsing

AP

雪崩產(chǎn)生的載流子被材料中缺陷、陷阱等俘獲后再釋放觸發(fā)雪崩的電學(xué)信號。后脈沖信號幅度一般

比雪崩信號脈沖幅度小，且發(fā)生在雪崩信號脈沖之后。

串?dāng)_crosstalk

CT

某一像素觸發(fā)相鄰像素雪崩的概率。

線性度linearity

規(guī)定時(shí)刻范圍內(nèi)，終端時(shí)刻與初始時(shí)刻觸發(fā)脈沖幅度相對變化率與入射到靶面的光子數(shù)目相對變

化率之比，即

AtAtoutputoutput()()21?

Atoutput()1

Linearitytt=21

AtAtinputinput()()21?

Atinput()1

式中：

t1—初始時(shí)刻

t2—終端時(shí)刻

Atinput()1—初始時(shí)刻入射到靶面的光子數(shù)目

Atinput()2—終端時(shí)刻入射到靶面的光子數(shù)目

Atoutput()1—初始時(shí)刻觸發(fā)脈沖幅度

Atoutput()2—終端時(shí)刻觸發(fā)脈沖幅度

動態(tài)范圍dynamicrange

DR

線性響應(yīng)范圍內(nèi)，硅光電倍增管探測到的最大光子數(shù)與最小光子數(shù)的比值。

上升時(shí)間risetime

觸發(fā)脈沖上升沿幅度的10%與90%之間的平均時(shí)間間隔。

4一般要求

總則

硅光電倍增管測試的具體要求應(yīng)在相關(guān)文件中規(guī)定，若不指明出處時(shí)，本標(biāo)準(zhǔn)中使用“按規(guī)定”一詞

時(shí)，指按相關(guān)文件的規(guī)定。

測試儀器儀表

4.2.1通則

各相關(guān)參數(shù)的測試儀器儀表應(yīng)預(yù)先進(jìn)行計(jì)量檢定或校準(zhǔn)。

4.2.2直流測試儀器

準(zhǔn)確度優(yōu)于0.02%，寬帶噪聲優(yōu)于2mVrms。

4.2.3示波器

帶寬應(yīng)高于待測硅光電倍增管的觸發(fā)脈沖頻率，采樣率至少高于觸發(fā)脈沖頻率的2倍。

4.2.4脈沖激光光源

激光光源的時(shí)間抖動至少小于待測硅光電倍增管時(shí)間抖動的1/2。

2

T/XXXXXXX—XXXX

4.2.5放大模塊

-3dB帶寬應(yīng)高于待測硅光電倍增管的觸發(fā)脈沖頻率。

測試工作狀態(tài)

4.3.1選擇工作點(diǎn)

測試時(shí)，不允許超過硅光電倍增管極限參數(shù)所規(guī)定的值，比如最大工作電壓、最大陽極電流等。

4.3.2選擇負(fù)載電阻、電容

應(yīng)根據(jù)硅光電倍增管芯片參數(shù)的情況，選擇相應(yīng)的負(fù)載電阻和電容，以確保測量系統(tǒng)的阻抗匹配和

信噪比。

測試環(huán)境條件

4.4.1測量用標(biāo)準(zhǔn)大氣條件

a)環(huán)境溫度：15℃～35℃；

b)相對濕度：25%～75%；

c)氣壓：86kPa～106kPa。

4.4.2其他環(huán)境條件

除另有規(guī)定外，其他環(huán)境條件應(yīng)按下列規(guī)定：

a)測試環(huán)境應(yīng)無影響測量準(zhǔn)確度的機(jī)械振動、靜電、電磁等干擾；

b)測試系統(tǒng)要有足夠測量預(yù)熱時(shí)間，待測硅光電倍增管的全部光電參數(shù)應(yīng)在熱平衡下進(jìn)行；

c)測量系統(tǒng)應(yīng)接地良好，以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性；

d)測試室應(yīng)具有光屏蔽條件，以避免環(huán)境光對待測硅光電倍增管性能的影響。

5詳細(xì)要求

暗電流

5.1.1測試目的

在規(guī)定條件下，獲得待測硅光電倍增管的暗電流。

在待測硅光電倍增管兩端施加反向偏壓時(shí)，當(dāng)電場強(qiáng)度高于載流子碰撞電離閾值時(shí)，pn結(jié)發(fā)生雪

崩擊穿，引起電流驟增，定義此時(shí)的偏壓為反向擊穿電壓。反向擊穿電壓是正溫度系數(shù)，且與光照條件

相關(guān)，因此，反向擊穿電壓的測量要標(biāo)明測試溫度和光照條件。

5.1.2暗電流測試方法

測試原理圖見圖1。

暗室

電壓電流表待測硅光電倍增管

圖1暗電流測試原理圖

5.1.2.1測試步驟

測試步驟如下：

a)按圖1連接測試系統(tǒng)；

b)設(shè)置施加在試樣兩端的反向偏置電壓掃描范圍，并記錄電流值，即為暗電流。

5.1.2.2規(guī)定條件

相關(guān)文件至少應(yīng)規(guī)定如下條件：

a)環(huán)境測試溫度；

b)反向偏置電壓。

反向擊穿電壓

5.2.1測試目的

在規(guī)定條件下，獲得待測硅光電倍增管的反向擊穿電壓數(shù)值。

3

T/XXXXXXX—XXXX

在待測硅光電倍增管兩端施加反向偏壓時(shí)，當(dāng)電場強(qiáng)度高于載流子碰撞電離閾值時(shí)，pn結(jié)發(fā)生雪

崩擊穿，引起電流驟增，定義此時(shí)的偏壓為反向擊穿電壓。反向擊穿電壓是正溫度系數(shù)，且與光照條件

相關(guān)，因此，反向擊穿電壓的測量要標(biāo)明測試溫度和光照條件。

5.2.2電流電壓法

測試原理圖見圖1。

5.2.2.1測試步驟

測試步驟如下：

a)按圖1連接測試系統(tǒng)；

b)設(shè)置施加在待測硅光電倍增管兩端的反向偏置電壓掃描范圍，并記錄電流值，得到暗環(huán)境下的

電流-電壓曲線；

c)曲線中電流拐點(diǎn)對應(yīng)的電壓即為反向擊穿電壓。

5.2.2.2規(guī)定條件

相關(guān)文件至少應(yīng)規(guī)定環(huán)境測試溫度。

5.2.3光照法

測試原理圖見圖2。

暗室

光源待測硅光電倍增管電壓電流表

圖2光照法測試原理圖

5.2.3.1測試步驟

測試步驟如下：

a)按圖2連接測試系統(tǒng)；

b)將特定波長的光照射到靶面上，設(shè)置施加在待測硅光電倍增管兩端的反向偏置電壓掃描范圍，

并記錄電流值，得到光照條件下的電流-電壓曲線；

c)曲線中電流拐點(diǎn)對應(yīng)的電壓即為反向擊穿電壓。

5.2.3.2規(guī)定條件

相關(guān)文件至少應(yīng)規(guī)定如下條件：

a)環(huán)境測試溫度；

b)入射波長；

c)光照強(qiáng)度。

5.2.3.3注意事項(xiàng)

若此方法測量得到的結(jié)果與電流電壓法得到的反向擊穿電壓結(jié)果誤差超過10%，以電流電壓法為準(zhǔn)。

增益

5.3.1測試目的

在規(guī)定條件下，獲得待測硅光電倍增管的增益。

由增益公式可知，增益大小與像素尺寸（影響結(jié)電容）、偏置電壓及溫度相關(guān)。像素尺寸越大、過

偏壓越高，增益越大。此外，溫度升高，擊穿電壓變大，為了使得過電壓保持不變，需要根據(jù)這個溫度

系數(shù)同時(shí)提高硅光電倍增管的工作電壓，從而穩(wěn)定硅光電倍增管的增益。

5.3.2電壓-電容法

測試原理圖見圖3。

4

T/XXXXXXX—XXXX

暗室

穩(wěn)壓源待測硅光電倍增管電容儀

圖3電容-電壓法測試原理圖

5.3.2.1測試步驟：

測試步驟如下：

a)按圖3連接測試系統(tǒng)；

b)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓源，設(shè)置施加在待測硅光電倍增管兩端的反向偏置電壓掃描范圍，并記錄電容值C；

c)按公式（1）和（2）計(jì)算待測硅光電倍增管的增益M。

?

?j=（1）

?cell

?×(???)

?=jBR（2）

q

式中：

Cj—硅光電倍增管單個微元電容值；

Ncell—硅光電倍增管微元數(shù);

q—電子電荷量。

5.3.3等效電荷法

測試原理圖見圖4。

暗室

穩(wěn)壓源待測硅光電倍增管電荷放大器整形器多通道分析儀計(jì)算機(jī)

圖4等效電荷法測試原理圖

5.3.3.1測試步驟

測試步驟如下：

a)按圖4連接測試系統(tǒng)；

b)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓源，給待測硅光電倍增管施加規(guī)定的偏置電壓；

c)信號經(jīng)放大、整形后進(jìn)入多通道分析儀并在計(jì)算機(jī)輸出直方圖，其中，x軸為脈沖計(jì)數(shù)，左起

每個峰對應(yīng)于基座、1個光子、2個光子、3個光子等，y軸為數(shù)字化脈沖高度；

d)根據(jù)電荷放大器放大倍數(shù)和多通道分析儀的A/D轉(zhuǎn)換因子，將直方圖沿x軸任意兩個連續(xù)峰

值（基座噪聲峰除外）的峰間距（單倍幅值對應(yīng)道數(shù)）轉(zhuǎn)換為等效電荷量，之后根據(jù)公式（3）

算出該偏置電壓下單倍幅值脈沖對應(yīng)的凈輸出電荷即為增益M；

??r

?=ch（3）

m?q

式中：

Nch—單倍幅值對應(yīng)道數(shù)；

r—A/D轉(zhuǎn)換因子；

m—放大器放大倍數(shù)。

e)按照上述方法測試得到不同偏置電壓下的增益；

5.3.3.2規(guī)定條件

相關(guān)文件至少應(yīng)規(guī)定環(huán)境測試溫度。

5.3.3.3注意事項(xiàng)

注意事項(xiàng)如下：

a)除采用多通道分析儀外，還可以采用電荷數(shù)字轉(zhuǎn)換器；

5

T/XXXXXXX—XXXX

b)該測試方法統(tǒng)計(jì)的輸出脈沖數(shù)目必須足夠多以便創(chuàng)建有效的直方圖；

c)在低過偏壓或暗計(jì)數(shù)水平太低時(shí)，可以用低強(qiáng)度光照射待測硅光電倍增管，以增加輸出脈沖數(shù)

目。

d)若此方法測量得到的結(jié)果與電壓-電容法得到的增益結(jié)果誤差超過10%，以電壓-電容法為準(zhǔn)。

暗計(jì)數(shù)率

5.4.1測試目的

在規(guī)定條件下，獲得待測硅光電倍增管的暗計(jì)數(shù)率。

暗計(jì)數(shù)是硅光電倍增管主要噪聲之一。通常，由缺陷、陷阱等釋放的載流子、中性區(qū)擴(kuò)散至高場區(qū)

的載流子、耗盡區(qū)內(nèi)熱激發(fā)產(chǎn)生的載流子、隧道效應(yīng)產(chǎn)生的載流子等都存在觸發(fā)雪崩的可能，從而引起

暗計(jì)數(shù)。過偏壓和溫度是影響暗計(jì)數(shù)的主要因素，過偏壓增大，溫度升高，都會導(dǎo)致暗計(jì)數(shù)增大。

5.4.2脈沖計(jì)數(shù)法

測試原理圖見圖5。

暗室

穩(wěn)壓源待測硅光電倍增管放大電路示波器

圖5暗計(jì)數(shù)率測試原理圖

5.4.2.1測試步驟

測試步驟如下：

a)按圖5連接測試系統(tǒng)；

b)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓源，在待測硅光電倍增管兩端施加規(guī)定反向偏置電壓；

c)測試時(shí)間T內(nèi)高于規(guī)定閾值的脈沖計(jì)數(shù)Nd；

d)按公式（4）得到待測硅光電倍增管在規(guī)定反向偏置電壓下的暗計(jì)數(shù)率DCR。

?

???=d（4）

?

5.4.2.2規(guī)定條件

相關(guān)文件至少應(yīng)規(guī)定如下條件：

a)環(huán)境測試溫度；

b)反向偏置電壓；

c)規(guī)定閾值一般為0.5pe（photonequivalent），即1個光子引發(fā)雪崩脈沖幅度的0.5倍。

5.4.2.3注意事項(xiàng)

注意事項(xiàng)如下：

a)除使用示波器外，還可以采用計(jì)數(shù)器；

b)測試中若出現(xiàn)堆疊現(xiàn)象，可以采用高通濾波器對輸出波形進(jìn)行整形以消除干擾。

5.4.3掃描閾值法

測試原理圖見圖5。

5.4.3.1測試步驟

測試步驟如下：

a)按圖5連接測試系統(tǒng)；

b)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓源，在待測硅光電倍增管兩端施加規(guī)定反向偏置電壓；

c)從低到高設(shè)置比較閾值，并測試時(shí)間T內(nèi)高于設(shè)定閾值的脈沖計(jì)數(shù)ND；

d)按公式（5）得到不同比較閾值下待測硅光電倍增管的計(jì)數(shù)率DCR；

?

???=D（5）

?

e)以比較閾值為橫坐標(biāo)、計(jì)數(shù)率為縱坐標(biāo)做圖得到計(jì)數(shù)率的閾值階躍圖，其中，第一臺階對應(yīng)的

計(jì)數(shù)率即為暗計(jì)數(shù)率。

5.4.3.2規(guī)定條件

相關(guān)文件至少應(yīng)規(guī)定如下條件：

a)環(huán)境測試溫度；

b)反向偏置電壓。

6

T/XXXXXXX—XXXX

5.4.3.3注意事項(xiàng)

注意事項(xiàng)如下：

a)除使用示波器外，還可以采用計(jì)數(shù)器；

b)測試中若出現(xiàn)堆疊現(xiàn)象，可以采用高通濾波器對輸出波形進(jìn)行整形以消除干擾。

c)若此方法測量得到的結(jié)果與脈沖計(jì)數(shù)法得到的暗計(jì)數(shù)率結(jié)果誤差超過10%，以脈沖計(jì)數(shù)法為準(zhǔn)。

串?dāng)_

5.5.1測試目的

在規(guī)定條件下，獲得待測硅光電倍增管串?dāng)_。

串?dāng)_分為瞬時(shí)串?dāng)_和延遲串?dāng)_。當(dāng)像素發(fā)生雪崩后，電子空穴對復(fù)合發(fā)射的光子，有一定的概率觸

發(fā)鄰近像素發(fā)生雪崩，這個現(xiàn)象稱為瞬時(shí)串?dāng)_。由于是光子觸發(fā)的串?dāng)_信號，又稱為光串?dāng)_。雪崩過程

中產(chǎn)生的載流子有一定概率通過襯底進(jìn)入鄰近像素觸發(fā)雪崩，這個現(xiàn)象稱為延遲串?dāng)_。由于是載流子觸

發(fā)的串?dāng)_信號，又稱為電串?dāng)_。

串?dāng)_與反向偏壓和溫度有關(guān)，反向偏壓越大，溫度越高，串?dāng)_越嚴(yán)重。

5.5.2瞬時(shí)串?dāng)_測試方法

測試原理圖見圖5。

5.5.2.1測試步驟

測試步驟如下：

a)按照圖5連接測試系統(tǒng)；

b)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓源，在待測硅光電倍增管上施加規(guī)定的反向偏置電壓，在示波器上得到經(jīng)放大電路后

的輸出信號波形；

c)統(tǒng)計(jì)時(shí)間窗口T范圍內(nèi)大于低、高閾值的脈沖計(jì)數(shù)Nd1和Nd2；

d)按公式（6）得到待測硅光電倍增管在規(guī)定反向偏置電壓下的瞬時(shí)串?dāng)_CTp。

?d2

??p=（6）

?d1

5.5.2.2規(guī)定條件

相關(guān)文件至少應(yīng)規(guī)定如下條件：

a)環(huán)境測試溫度；

b)反向偏置電壓；

c)高、低閾值一般選擇1.5pe與0.5pe。

5.5.3延遲串?dāng)_測試方法

測試原理圖見圖5。

5.5.3.1測試步驟

測試步驟如下：

a)按照圖5連接測試系統(tǒng)；

b)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓源，在待測硅光電倍增管上施加規(guī)定的反向偏置電壓，在示波器上得到經(jīng)放大電路后

的輸出信號波形；

c)統(tǒng)計(jì)雪崩脈沖間隔時(shí)間值，并做時(shí)間間隔統(tǒng)計(jì)直方圖；

d)直方圖左數(shù)第一個包絡(luò)包含計(jì)數(shù)記為C0，直方圖總個數(shù)為S按公式（7）得到待測硅光電倍增

管在規(guī)定反向偏置電壓下的延遲串?dāng)_CTe。

CTe=C0/S（7）

5.5.3.2規(guī)定條件

相關(guān)文件至少應(yīng)規(guī)定如下條件：

a)環(huán)境測試溫度；

b)反向偏置電壓。

探測效率

5.6.1測試目的

在規(guī)定條件下，獲得待測硅光電倍增管探測效率。

探測效率是指探測到入射光子的概率，通常用被探測到的光子數(shù)與入射總光子數(shù)之比來表示。影響

光子探測效率的因素有：

a)量子效率η，即硅光電倍增管將入射光子轉(zhuǎn)換成電子空穴對的概率；

7

T/XXXXXXX—XXXX

b)雪崩觸發(fā)幾率Pb，即為載流子觸發(fā)雪崩的概率。通常電場越強(qiáng)，雪崩觸發(fā)幾率越大；

c)填充因子FF：硅光電倍增管感光面積與總面積之比。

5.6.2探測效率測試方法

測試原理圖見圖6。

功率計(jì)

暗室

脈沖激光積分球衰減器待測硅光電倍增管放大電路示波器

圖6探測效率測試原理圖

5.6.2.1測試步驟

測試步驟如下

a)按照圖6連接測試系統(tǒng)；

b)標(biāo)定脈沖激光光源通過積分球后輸出光功率Pin，計(jì)算經(jīng)過衰減器后，對于特定波長的每激光

脈沖平均光子數(shù)N；

?λD

?=in（8）

hc?

式中：

?—每激光脈沖平均光子數(shù)；

D—衰減器衰減系數(shù)；

f—脈沖光重復(fù)頻率；

h—普朗克常數(shù)；

c—光速。

c)脈沖激光光功率不變并保持光路不動，移除標(biāo)準(zhǔn)二極管，將待測硅光電倍增管置于衰減器后，

并在特定的工作偏壓下，通過示波器記錄時(shí)間窗口T范圍內(nèi)大于高、低閾值的脈沖計(jì)數(shù)Nl1和

Nl2；

d)關(guān)閉光源，在相同偏壓下測試暗環(huán)境下待測硅光電倍增管時(shí)間窗口T范圍內(nèi)大于相同高、低閾

值的脈沖計(jì)數(shù)Nd1和Nd2；

e)根據(jù)公式（9）計(jì)算有效光計(jì)數(shù)r；

r=Nl1-Nd1-(Nl2-Nd2)（9）

f)根據(jù)泊松分布及公式（10）得到每激光脈沖探測到的平均光子數(shù)n；

?

=1?e?n（10）

??

g)根據(jù)公式（11）得到待測硅光電倍增管在規(guī)定反向偏置電壓下的PDE。

PDEnN=/（11）

5.6.2.2規(guī)定條件

相關(guān)文件至少應(yīng)規(guī)定如下條件：

a)環(huán)境測試溫度；

b)反向偏置電壓；

c)入射波長。

5.6.2.3注意事項(xiàng)

注意事項(xiàng)如下：

a)除選用脈沖激光外，還可以選用LED燈或其他穩(wěn)定光源；

b)積分球出口出應(yīng)再次測量激光脈沖頻率以確保光功率標(biāo)定。

單光子時(shí)間分辨率

5.7.1測試目的

在規(guī)定條件下，獲得待測硅光電倍增管單光子時(shí)間分辨率。

8

T/XXXXXXX—XXXX

影響硅光電倍增管單光子時(shí)間分辨率的因素主要有：像素本征時(shí)間分辨率、像素間時(shí)間分辨率差異、

電子學(xué)噪聲波動、互電極連線長度差異、激光線寬、讀出電路等引起時(shí)間抖動等，以及入射波長、偏置

電壓、光敏面尺寸等。

5.7.2單光子時(shí)間分辨率測試方法

測試原理圖見圖7。

功率計(jì)

暗室

脈沖激光光源衰減器待測硅光電倍增管放大電路示波器

圖7單光子時(shí)間分辨率測試原理圖

5.7.2.1測試步驟

測試步驟如下：

a)按照圖7連接測試系統(tǒng)；

b)按照5.6.2.1步驟b）使得脈沖光源經(jīng)過衰減器后每脈沖平均約1光子左右；

c)將參考信號與硅光電倍增管輸出信號接入示波器；

d)在待測硅光電倍增管上施加規(guī)定的反向偏置電壓，通過在線或離線的方式篩選真實(shí)的單光子

信號，采集單光子信號與參考信號之間的延遲時(shí)間，以延遲時(shí)間為橫坐標(biāo)、延遲時(shí)間出現(xiàn)的次

數(shù)為縱坐標(biāo)作延遲時(shí)間直方圖；

e)對得到的延遲時(shí)間直方圖進(jìn)行高斯擬合，取高斯擬合曲線半高寬作為系統(tǒng)時(shí)間抖動Δ?；

f)按公式（10）得到待測硅光電倍增管在規(guī)定反向偏置電壓下的單光子時(shí)間分辨率Δ??????。

222

=+tttt+SiPMlightother（10）

式中：

???????—SiPM本征時(shí)間分辨率

????????—脈沖激光時(shí)間分辨率；

???????—其他部分時(shí)間分辨率。

5.7.2.2規(guī)定條件

相關(guān)文件至少應(yīng)規(guī)定如下條件：

a)環(huán)境測試溫度；

b)反向偏壓；

c)入射波長。

5.7.2.3注意事項(xiàng)

除選用示波器外，還可以選用時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)器等。

線性度和動態(tài)范圍

5.8.1測試目的

在規(guī)定條件下，獲得待測硅光電倍增管的線性度和動態(tài)范圍。

硅光電倍增管是多個像素（雪崩光電二極管）的并聯(lián)，所以其輸出為多個像素的并聯(lián)輸出，輸出幅

度與響應(yīng)的像素?cái)?shù)目有關(guān)。然而每個像素只能探測是否有光子入射，所以當(dāng)一個像素有兩個或兩個以上

光子同時(shí)入射時(shí)，像素也只會輸出相同幅度的輸出脈沖，這時(shí)輸出會呈現(xiàn)非線性。因此，當(dāng)在一定的光

強(qiáng)下，線性度與像素?cái)?shù)目成正比。

在線性度范圍內(nèi)，輸出脈沖數(shù)與輸入光子數(shù)成正比，因此，像素?cái)?shù)目越多，動態(tài)范圍越大。

5.8.2光電流法

測試原理圖見圖8。

9

T/XXXXXXX—XXXX

功率計(jì)

暗室

激光光源衰減器待測硅光電倍增管電流表

圖8光電流法測試原理圖

5.8.2.1測試步驟

測試步驟如下：

a)按照圖8連接測試系統(tǒng)；

b)測試規(guī)定偏壓下的暗電流值Id；

c)在待測硅光電倍增管上施加規(guī)定的反向偏置電壓，連續(xù)增大光功率并同時(shí)記錄相對應(yīng)的電流

值Il；

d)按公式（11）得到不同輸出光功率下的光電流Ip；

Ip=Il-Id(11)

e)得到光功率與光電流曲線，即為線性度；

f)動態(tài)范圍則為線性度曲線中線性度良好（斜率發(fā)生變化前）的部分最大光子數(shù)與最小光子數(shù)之

比。

5.8.2.2規(guī)定條件

相關(guān)文件至少應(yīng)規(guī)定如下條件：

a)環(huán)境測試溫度；

b)反向偏壓。

5.8.2.3注意事項(xiàng)

a)若電流值太小，可以在待測硅光電倍增管后使用放大器；

b)若線性坐標(biāo)不方便觀察，可以用對數(shù)坐標(biāo)。

5.8.3光子數(shù)分辨法

測試原理圖見圖9。

功率計(jì)

暗室

激光光源衰減器待測硅光電倍增管多通道分析儀

圖9光子數(shù)分辨法測試原理圖

5.8.3.1測試步驟

測試步驟如下：

a)按照圖9連接測試系統(tǒng)；

b)將硅光電倍增管的輸出信號接入多通道分析儀，設(shè)置合適的道寬和道數(shù)，覆蓋硅光電倍增管的

輸出電信號范圍；

c)用恒定的光源照射硅光電倍增管，改變光強(qiáng)度，記錄多通道分析儀的輸出道數(shù)和對應(yīng)的光子

數(shù)；

d)繪制輸出道數(shù)和光子數(shù)的關(guān)系曲線，找到線性區(qū)間和飽和區(qū)間；

e)動態(tài)范圍可以定義為線性區(qū)間的光