Author
Özülker, Alper
Publication Date
2024
Subject
Photons, Electrical engineering
Type
Document
Language
English
Digital
Yes
Manuscript
No
Library
Özyeğin University
Record ID
4f24ca70-0977-44e1-b669-6064ce2e2e03
Library Location
Department of Electrical and Electronics Engineering
Date
2024
Sample Text
This thesis delves into the intricacies of quenching circuitry, specifically tailored for free-running single photon detectors working within the visible and near-infrared spectra. It embarks on a comprehensive exploration, commencing with an in-depth analysis of designing quenching circuitry customized for Silicon and InGaAs avalanche photodiodes (APDs). This investigation thoroughly examines the merits and drawbacks of various quenching circuit topologies, elucidating their diverse applications. The challenges inherent in Silicon and InGaAs APDs are examined, highlighting optimization strategies for quenching and resetting circuitry while navigating electronic intricacies. Moreover, an emphasis is placed on developing a CubeSat compatible, miniaturized design, detailing its schematic blueprint. The thesis explicitly covers the processes of designing, testing, debugging, and characterizing these detectors from both electronic and optical standpoints, providing detailed insights into the experimental outcomes. Parameters such as dead time, timing jitter, afterpulsing, and photon detection efficiency are scrutinized, elucidating their electronic ramifications on the designs. Comprehensive explanations are provided regarding the testing and characterization methodologies employed. Furthermore, the thesis showcases three distinct single photon detector schematics and their corresponding PCB designs. It outlines the development of two disparate high voltage amplifier designs, crafted to meet the requisite parameters for these detectors, all of which have evolved into viable commercial products. v This comprehensive exploration combines theoretical insights with practical implementations, culminating in a refined understanding of quenching circuitry intricacies tailored explicitly for free-running single-photon detectors. The resulting designs and methodologies represent a gathering of interdisciplinary knowledge, offering profound implications for the advancement of single photon detection technologies., Bu tez, görünür ve yakın kızılötesi spektrum içinde çalışan tetiklemesiz (free running) tek foton detektörleri için özel olarak tasarlanmış sönümleme devrelerinin inceliklerine inmektedir. Silikon ve InGaAs çığ fotodiyotları (APD'ler) için özelleştirilmiş sönümleme devrelerinin tasarımını derinlemesine analiz ederek kapsamlı bir keşifle başlamaktadır. Bu araştırma, çeşitli sönümleme devre topolojilerinin artılarını ve eksilerini ayrıntılı olarak inceleyerek çeşitli uygulamalarını açıklamaktadır. Silikon ve InGaAs APD'lerde bulunan zorluklar, elektronik karmaşıklıklara değinerek, sönümleme ve resetleme devrelerinin optimizasyon stratejilerini vurgulayarak incelemektedir. Ayrıca, küp uydu uyumlu, inyatürize edilmiş bir tasarımın geliştirilmesine odaklanarak, şematik tasarımı detaylandırılmaktadır. Tez, bu detektörlerin elektronik ve optik açılardan tasarlanması, test edilmesi, hata ayıklanması ve karakterize edilmesi süreçlerini ayrıntılı bir şekilde ele almakta olup, deneysel sonuçlara dair detaylı iç görüler sunmaktadır. Ölü zaman, zamansal belirsizlik, artçı sinyal ve foton algılama verimliliği gibi parametreler ve tasarımlar üzerindeki elektronik etkileri açıklayarak incelenmektedir. Kullanılan test ve karakterizasyon metodolojileri hakkında kapsamlı açıklamalar sunulmaktadır. Ayrıca, tez üç farklı tek foton detektörü şemasını ve bunların karşılık gelen PCB tasarımlarını sergilemektedir. Bu detektörlerin gereksinim duyduğu parametreleri karşılamak üzere hazırlanan iki farklı yüksek voltajlı amplifikatör tasarımının geliştirilmesini ayrıntılı olarak ele alır, ve hepsi başarılı ticari ürünlere dönüşmüştür. Bu kapsamlı araştırma, teorik bilgileri pratik uygulamalarla birleştirerek, tetiklemesiz tek vii foton detektörleri için özel olarak tasarlanmış sönme devrelerinin inceliklerinin rafine bir anlayışla birleşmesini anlatmaktadır. Ortaya çıkan tasarımlar ve metodolojiler, disiplinler arası bir bilgi birikimini temsil eder ve tek foton algılama teknolojilerinin gelişimi için derin etkiler sunmaktadır.
