在一个脉冲之后又出现脉冲,能否直接把后者称为afterpulse?Hamamatsu的MPPC技术文章列出三种可能来源:暗噪声、后脉冲和光学串扰。[1] 它们都可能进入对后续信号的讨论,但“排在后面”并没有让它们拥有相同的产生原因。
暗噪声首先与热生载流子有关。原文说明,载流子到达雪崩区,可以引发一个暗脉冲;它在时间上随机出现,与光子吸收引发的脉冲没有相关性。[1] 如果像素已经处于就绪状态,这个暗脉冲可以与光子吸收所产生的脉冲无法区分。因此,一个外观相似的脉冲,不会仅凭相似就被原文当作确有一个外来光子进入的证明。
原文还专门保留恢复中的情境:若像素正在从一次初始雪崩中恢复,随机暗脉冲可以落在初始脉冲之后,但仍与它不相关。[1] 这使“后发生”与“由前一次事件引起”成为两个不同判断。前者只排列先后,后者才涉及产生联系。暗脉冲的这个例子,正好说明为什么时间落后本身不足以定义后脉冲。
后脉冲的来源则是一条更具体的载流子路径。2014年文章说,晶格缺陷在雪崩过程中俘获电荷,之后在像素恢复时释放,触发相关的次级雪崩。2018年技术指南用杂质能级俘获载流子、延后释放进入导带或价带的文字展开同一关系。[1][2] 这里的后续脉冲联系到前一次雪崩留下的被俘获载流子,而不是恰好在相近时间出现的另一随机事件。
“初始雪崩”也不必只指光子引起的那一次。两文都明确,它可以由光电子或热生载流子触发;随后产生的后脉冲与这次初始雪崩相关。[1][2] 因而,暗噪声与后脉冲不是两套永远互不相连的事件名单:一次暗噪声引起的雪崩,也可以成为后脉冲的起点。区分名称,要看正在解释的是初始事件的来源,还是后续事件与它的联系。
后脉冲的幅度还带着恢复条件。2018年指南说,载流子若在像素恢复期间释放,后脉冲幅度会较短;若在恢复完成之后释放,它可以具有完整的普通脉冲幅度,并在幅度或形状上无法与正常输出脉冲区分。[2] 这段并没有把所有后脉冲都定义成一个较矮的尾随信号。幅度差别在这里随释放时点与恢复状态而变,不能取代俘获、释放这一来源说明。
光学串扰换了一种中介。雪崩过程中有能量以光子形式发出,这些光子可到达邻近像素并引发相关雪崩。[1][2] 相比后脉冲,联系两次事件的不再是先被俘获、后释放的载流子,而是从一次雪崩传播出去的光子。2014年文字还指出,光子被同一像素重新吸收时,次级脉冲可能看起来像后脉冲;“看起来像”与所描述的产生路径仍需分开。
2018年指南进一步把光学串扰分为prompt与delayed两种情形。光子若在邻近像素的耗尽层产生电子—空穴对并触发雪崩,称为prompt crosstalk;若先在耗尽层之外产生载流子,再经扩散到达才引发雪崩,中间便有延迟,称为delayed crosstalk。[2] 两种情况的差别在产生位置与后续扩散路径,并非只有后脉冲这一名称才会对应延后的信号。
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信息来源
- Hamamatsu Photonics:Physics and operation of the MPPC silicon photomultiplier
- Hamamatsu Photonics:A technical guide to silicon photomultipliers (MPPC) - Section 1
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