Fúziós plazmafizika kísérletekben használt lavina-fotodióda detektorok optimalizálása
A mágnesesen összetartott fúziós plazmafizikai kutatások egyik fontos irányvonala a speciális plazmadiagnosztikák fejlesztése. Ezen módszerek egyike a nyalábemissziós spektroszkópia (az angol szakirodalomban Beam Emission Spectroscopy, - magyar rövidítése NyES), ahol egy gyorsított atomnyalábot lövünk a plazmába. A plazmarészecskék ütközéssel gerjesztik a belőtt nyaláb atomjait, amik spontán emisszió útján fényt bocsátanak ki. Ezt a látható tartományba eső kis intenzitású fényt mérve következtethetünk különböző plazmaparaméterekre. Egyes plazmafizikai folyamatok követése igen nagy sebességű (MHz-es mintavételezési sebesség) megfigyelőrendszert igényel, illetve az egy mintavételre eső alacsony fotonszám a nagy érzékenységet is megköveteli. A jelek feldolgozhatóságának minőségét az elért jel-zaj viszony határozza meg.
Ezen követelményekre lavina-fotodiódákat alkalmazó gyors-kamera rendszert fejlesztettek ki, ez az ún. APDCAM (Avalanche PhotoDiode CAMera). A lavina-fotodiódára egyrészt a magas kvantumhatásfoka miatt esett a választás, másrészt a hagyományos fotodiódával szemben ennek a detektortípusnak van belső erősítése.
A TDK dolgozatom során egy ilyen kamera jel-zaj viszonyának optimalizációjával foglalkozom. A szakirodalom elemzése után felállítottam egy zajmodellt, amellyel számításba veszem a detektorok zajának fõ összetevőit. Egy komplex átviteli függvény segítségével modelleztem a detektor erősítő elektronikáját. Különböző paraméterek mellett (pl.: sávszélesség) vizsgáltam az erősítők zaj-teljesítménysűrűség spektrumait.
A felállított zajmodellt ezután kísérletileg is elemeztem. Erre épült egy egyedi 32 csatornás analóg erősítő panel csatornánként különböző analógerősítő-beállításokkal. Ezeken a láncokon kísérletileg is ellenőriztem a nagy érzékenységű erősítők beállításait. Ezen méréseket elvégeztem lesötétített detektorok mellett, és egy kalibrációs fény segítségével is. Megfigyeltem továbbá a jel-zaj viszony alakulását a detektorra kapcsolt nagyfeszültség függvényében is. A kísérletek bemutatása után javaslatot teszek a berendezés optimális paraméterezésére különböző várható fényszintek mellett.
