Light detection by a resistively multiplexed array of SiPMs

Mulder, Tobe (avtor), Koželj, Primož (mentor), Košir, Gregor (komentor)

Silicon photomultipliers (SiPMs) are small solid-state semiconductor photon detectors, which are already widely used in particle physics and the medical field. At the Department of low and medium energy physics (F2) of the Jožef Stefan Institute detectors for nuclear physics experiments that utilize SiPMs are being developed.The first goal of this thesis was to test silicon photomultipliers in dark environments, at different temperatures and under multiple light intensities from a LED. My second goal was to find out if it is feasible to obtain the position information on a resistively multiplexed array of SiPM’s. To solve these challenge I designed some custom 3D prints to couple the light from a LED to a single SiPM or a resistivitely multiplexed array of SiPMs. Furthermore I also needed to design a PCB to connect the multiplexed output signals to an oscilloscope to improve the noise. The data to assess the performance of a single SiPM and an array of SiPMs was acquired via a digital oscilloscope to a personal computer and analyzed within the ROOT framework and with the programming language C++.

• Jezik: Angleški jezik
• Ključne besede: Advanced detectors, Light detection, Multiplexed signals, PCB, SiPM, Silicon photomultiplier
• Vrsta gradiva: Zaključna naloga
• Tipologija: 2.11 - Diplomsko delo
• Organizacija: FMF - Fakulteta za matematiko in fiziko
• Leto izida: 2026
• PID: 20.500.12556/RUL-185761
• COBISS.SI-ID: 289318659
• Datum objave v RUL: 20.08.2026

Sekundarni jezik

• Jezik: Slovenski jezik
• Naslov: Zaznavanje svetlobe z uporovno multipleksirano matriko SiPM-jev

Izvleček

Silicijeve fotopomnoževalke (angl. Silicon photomultiplier, SiPM) so majhni polprevodniški detektorji fotonov, ki so že v široki uporabi v fiziki delcev ter medicini. Na Odseku za fiziko nizkih in srednjih energij (F2) na Institutu ”Jožef Stefan” poteka razvoj detekorjev za nuklearno fiziko na osnovi SiPM-jev. Prvi cilj te zaključne naloge je bilo pretestirati silicijevo fotopomnoževalko v temnem okolju, pri različnih temperaturah ter ob različnih intenzitetah svelobe iz LED diode. Moj drugi cilj je bil preučiti, če je možno iz uporovno multipleksirane mreže silicijevih fotopomnoževalk dobiti informacijo o poziciji vpadlega fotona. Te izzive sem rešil z razvojem 3d tiskanih delov, ki jo sklopili svetlobo iz LED diode na eno sam SiPM ali na mrežo resistivno multipleksiranih SiPM-jev. Nadalje, moral sem razviti tiskano vezje, ki omogoča povezavo multipleksiranih signalov na osciloskop, s čimer sem zmanjšal šum. Delovanje ene same fotopomnoževalke in resistivno multipleksirane mreže fotopomnoževalj sem preveril, tako da sem podatke preko digitalnega osciloskopa zajel na računalnik ter jih obdelal v okolju ROOT in s pomočjo programskega jezika C++.

• Ključne besede: napredni detektorji, detekcija svetlobe, multipleksiranje signalov, PCB, SiPM, silicijeva fotopomnoževalka