半導体光検出器PPD/SiPMの紫外線応答の研究

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K05389
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 中村 勇 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助教 (70391703)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 半導体光検出器 / 時間応答 / 紫外線

研究実績の概要

初年度の目標は、手持ちのレーザーシステムを用いて時間応答を測定することであった。そのためにやるべきことは、センサーから波形を高速に取得するデーター収集系の確立と、レーザーシステムの準備。
レーザーシステムはKEK測定器開発室所有の可変波長型のパルスレーザーで、導入から時間が経っていてメンテナンスが必要なものであった。このため利用に先立ち、レーザーシステムの再立ち上げして、現状を把握、保守を依頼して、利用可能な状態にした。出力はレーザーのランプの経年変化で下がってはいるものの本研究の実施には問題ない程度出ていたのだが、出力が不安定で安定に測定ができない。問題はレーザードライバのメカ的なガタで、業者の調整により安定するようになった。
測定系については、高速に波形を取得できるオシロスコープとアナログメモリを使った波形取得装置の二系統で取得できるよう測定系を整えた。前者はかつて別の研究で利用していた手法なのだが、信号強度方向のダイナミックレンジが8bitしかないため、ゲインの細かい調整が必要であまり良くない。後者はダイナミックレンジの問題はないものの、波形を取得できる時間が1us程度と少し短いのが難点で、時定数の非常に長い成分の測定に不安が残る。しかし、いずれの方法でも波形の取得はレーザーの発光頻度で問題なくできていて、センサーのゲイン、Breakdown電圧、暗ノイズなどの基礎特性を測定はできている。後者の測定装置は改造してデータ取得時間を倍にすることができるので、改造を計画中。
希ガスを使っての真空紫外領域の測定は早稲田大学に協力いただけるよう話を進めている。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

レーザーシステムによる測定をするにあたって、レーザーシステムは過去の利用状況から考えてほぼ独占的に利用可能と考えていた。
しかし、別の研究をしている博士課程の学生のグループと、さらに別の研究をしているポスドクの研究グループから利用希望があり、利用時間の調整を行ったので、十分な利用時間が得られていない。現在は一つの波長でのデータを取得して、その波長での時間特性を測定するにとどまっている。
これらのグループの利用は年度末で終わったので、今後は利用時間が増える予定である。

今後の研究の推進方策

波形の高速取得まではできるようになっていて、レーザーシステムもまとまった期間使えるようになったので、レーザーによる時間応答の測定を終わらせ、希ガスを使った真空紫外領域での時間応答の測定に移りたい。
レーザーでの測定に関しては大きな問題はなく、年度前半には終わらせる予定。
年度の後半は希ガスを使って真空紫外光を発生させての測定を計画している。申請時は液体を想定していたが、気体でも波長は同じなので、取り扱いの楽なアルゴンガスを密閉できる容器を作成して、気体アルゴンからのシンチレーション光の測定を実現したい。

次年度使用額が生じた理由

物品費がない理由。
レーザーの保守に支出する予定だったが、他の研究グループからレーザーの使用依頼があり、保守費用を負担していただいた。当初の予定ではできなかったランプの交換もできたので幸運だった。
センサーについては、まだ浜松ホトニクスで試作機の開発は継続中ということで、真空紫外対応のセンサーの導入は後回しにして、手持ちの紫外領域対応でない以外は同型のセンサーを用いて測定系の開発を行っていた。測定系を作るための計算機もレーザーの利用が限られていたため、同様に後に回すことになった。

次年度使用額の使用計画

紫外線対応のセンサーおよびそれと同系の可視光対応のセンサーを購入予定。不要となったレーザー保守分は読み出し系の充実にあてたい。高速なアンプのついた読み出し装置とそれに相応する計算機を購入し、データの取得と解析の効率化を図る。