An optical readout system for the LHCb Silicon tracker

Abstract

Das LHCb Experiment ist auf die praezise Messung von Parametern ausgelegt, welche die Verletzung der CP-Symmetrie im Zerfall von B-Mesonen beschreiben. Es ist eines der vier grossen Experimente, welche zur Zeit am Large Hadron Collider (LHC) installiert werden und 2007 mit der Datennahme beginnen sollen. Der Silizium Spurdetektor deckt hierbei die Bereiche mit den hoechsten Spurdichten ab. Die enorme Datenmenge, welche waehrend der Datennahme erzeugt wird, muss zu der Prozessorfarm transportiert werden, welche die nachfolgende Spurerkennung und Analyse durchfuehrt. Diese Arbeit stellt ein digitales optische Auslesesystem vor, welche die Spurinformationen mit einer Datenrate von ueber 2.7 Terabit/s ueber eine Entfernung von 100 m zu der Computerfarm uebertragt. Besondere Aufmerksamkeit wurde der Toleranz des sendenden Teils gegenueber ionisierender Strahlung gewidmet, da dieser direkt am Detektor sitzt und somit Strahlungsdosen ausgesetzt ist, welche vergleichbar zu denen in Raumfahrtanwendungen sind. Der Entwurf zielte darauf ab ein modulares System bereitzustellen, welches die Produktion, das Testen, die Inbetriebnahme und die Wartung vereinfachen soll. Kommerzielle Bauteile wurden so oft wie moeglich verwendet, um die Gesamtkosten des Systems zu reduzieren. Komponenten, welche ionisierender Strahlung ausgesetzt werden, wurden verschiedenen Bestrahlungstests unterzogen, um sie fuer den Einsatz unter LHCb Bedingungen zu qualifizieren.

The LHCb experiment is dedicated to precisely measure the CP-violation parameters in the B- meson decay. It is one of the four large experiments which is currently being installed at the Large Hadron Collider (LHC) and planned to start taking data in 2007. The Silicon Tracker covers the tracking volume around the beam pipe with the highest track densities. The huge amount of data generated during operation has to be transported to the processor farm for follow-up track recognition and analysis. This work presents a digital optical readout link which transmits the tracking information with a rate of 2.7 Terabit/s over a distance of 100 m from the detector to the computer farms. Special attention was paid to the radiation tolerance of the transmitting section, as its location is exposed to ionizing particles and radiation levels similar to those encountered in space applications. The design was aimed to provide a modular system which simplifies production, testing, commissioning and maintenance. Where possible, commercial off-the-shelf components were used to reduce the overall cost of the system. For commercial components exposed to radiation, several irradiation campaigns were performed to qualify them for use in the LHCb environment.