Laser Components vergleicht Technologien für Einzelphotonen-Detektion

Laser Components Germany GmbH hat einen Vergleich zweier primärer Technologien für die Einzelphotonen-Detektion veröffentlicht: Photomultiplierröhren (PMT) und Single Photon Avalanche Diodes (SPAD).

Die Einzelphotonenzählung ist entscheidend für Fortschritte in verschiedenen wissenschaftlichen und technologischen Bereichen, darunter Astronomie, Partikelgrößenbestimmung, Krankheitsdiagnose, medizinische Analyse, Bildgebungsverfahren und Quantenkryptographie. Insbesondere in der biomedizinischen Forschung, mit Konfokal- und STED-Mikroskopie, hat die Einzelphotonenzählung signifikante Fortschritte bei der Analyse der Struktur und Funktion biologischer Moleküle ermöglicht.

Photomultiplierröhren (PMT) bestehen typischerweise aus einer Photokathode und einem Sekundärelektronenvervielfacher in einem evakuierten Glasrohr. Wenn Photonen auf die Photokathode treffen, emittieren sie Elektronen, die dann beschleunigt und auf nachfolgende Elektroden, die Dynoden genannt werden, treffen. Jede Dynode löst mehrere Sekundärelektronen aus, was eine Elektronenlawine erzeugt. Dieser Kaskadeneffekt wird an der Anode gesammelt, wodurch ein elektrischer Puls erzeugt wird, der gezählt werden kann.

Single Photon Avalanche Diodes (SPAD) funktionieren als Halbleiterdioden, die oberhalb ihrer Durchbruchspannung betrieben werden. Ein einzelnes, durch ein Photon freigesetztes Elektron kann eine Lawine von etwa 10^8 Ladungsträgern auslösen. Spezialisierte Schaltungen (passive oder aktive Quenching) sorgen dafür, dass die Diode nach jeder Detektion schnell in ihren Bereitschaftszustand zurückkehrt, was das Zählen einzelner Photonenpulse mit kurzen Totzeiten ermöglicht und Zählraten von bis zu 10 MHz erreicht.

Laser Components hebt die höhere Quanteneffizienz und die breitere spektrale Empfindlichkeit (300 nm bis NIR) von SPADs hervor. Ihr "VLoK APD" wird für die Erzielung niedriger Dunkelraten (< 10 c/s) bei hoher Quanteneffizienz (> 80% bei 670 nm) genannt. Für kürzere Wellenlängen, bei denen PMTs traditionell bevorzugt wurden, bietet Laser Components nun das "COUNTblue"-Modul an, das eine Quanteneffizienz von über 50% bei 405 nm liefert.