Głównym celem rozprawy jest rozwój systemu odczytowego dla detektora świedności LumiCal (ang. Luminosity Calorimeter) w przyszłym eksperymencie na zderzaczu liniowym. Detektor, a właściwie kalorymetr ten, odpowiedzialny będzie za precyzyjny pomiar świedności akceleratora, niezbędny do precyzyjnej analizy danych zebranych w eksperymencie. Rozprawa prezentuje prace przeprowadzone przez autora, tak przy budowie i uruchomieniu prototypu detektora LumiCal, przeprowadzaniu testów na wiązce i analizie ich wyników, jak również przy rozwoju nowatorskiego systemu odczytu dla tego detektora, bazującego na dedykowanych układach scalonych ASIC (ang. Application Specific Integrated Circuit) wykonanych w głęboko submikronowych technologiach CMOS. Analizy danych eksperymentalnych otrzymanych podczas testów na wiązce akceleratora protonów PS w CERN pozwoliły na opisanie rozwoju kaskady elektromagnetycznej, potwierdzając spełnienie bazowych założeń detektora LumiCal i pokazując dalsze możliwości rozwojowe projektu. Równolegle autor prezentuje prace nad koncepcją, rozwojem i testami drugiej generacji dedykowanych układów odczytu, w szczególności ich najistotniejszym składnikiem, 10-bitowym przetwornikiem analogowo-cyfrowym o ultra-niskim poborze mocy. Wykonane przez autora projekty otwierają nową drogę rozwoju wielokanałowych systemów odczytu detektorów.
The development of the Luminosity Calorimeter (LumiCal) for the future linear collider is the main objective of the dissertation. This calorimeter will be responsible for precise measurement of the accelerator luminosity, necessary for accurate analysis of the data collected in the experiment. The dissertation presents the executed works, starting from the construction and commissioning of the prototype LumiCal detector, through the testbeam of the LumiCal prototype together with the analysis of the collected data. A concurrent development of new generation of innovative readout system for this detector, based on Application Specific Integrated Circuits (ASICs) made in deep-submicron CMOS technologies, is a second, essential part of dissertation. The multi-faceted analysis of the data collected during the testbeam performed on PS accelerator at CERN, allowed to investigate the development of electromagnetic shower, as one of the main objectives of the LumiCal detector measurements. In parallel author worked on die concept, development and testing of second-generation of readout ASICs in deep submicron CMOS technologies, especially on its most important part, an ultra-low power 10-bit analog-to-digital converter (ADC). The presented designs open up new possibilities for the development of advanced, multi-channel detector readout systems.
