Laser Components compare les technologies de détection de photons uniques

Laser Components Germany GmbH a publié une comparaison de deux technologies principales utilisées pour la détection de photons uniques : les tubes photomultiplicateurs (PMT) et les diodes à avalanche de photons uniques (SPAD).

Le comptage de photons uniques est crucial pour les avancées dans divers domaines scientifiques et technologiques, notamment l'astronomie, la détermination de la taille des particules, le diagnostic des maladies, l'analyse médicale, les méthodes d'imagerie et la cryptographie quantique. Dans la recherche biomédicale, en particulier avec la microscopie confocale et STED, le comptage de photons uniques a permis des progrès significatifs dans l'analyse de la structure et de la fonction des molécules biologiques.

Les tubes photomultiplicateurs (PMT) se composent généralement d'une photocathode et d'un multiplicateur d'électrons secondaires à l'intérieur d'un tube de verre sous vide. Lorsque les photons frappent la photocathode, ils émettent des électrons, qui sont ensuite accélérés et heurtent des électrodes ultérieures appelées dynodes. Chaque dynode libère plusieurs électrons secondaires, créant une avalanche d'électrons. Cette cascade est collectée à l'anode, générant une impulsion électrique qui peut être comptée.

Les diodes à avalanche de photons uniques (SPAD) fonctionnent comme des photodiodes polarisées au-dessus de leur tension de claquage. Un seul électron photo-émis peut initier une avalanche d'environ 10^8 porteurs de charge. Des circuits spécialisés (quenching passif ou actif) garantissent que la diode retourne rapidement à son état de veille après chaque détection, permettant de compter des impulsions individuelles de photons avec de courtes périodes mortes, atteignant des taux de comptage jusqu'à 10 MHz.

Laser Components souligne l'efficacité quantique plus élevée et la sensibilité spectrale plus large (300 nm à NIR) des SPAD. Leur "VLoK APD" est noté pour atteindre de faibles taux de comptage sombre (< 10 c/s) avec une haute efficacité quantique (> 80% à 670 nm). Pour les longueurs d'onde plus courtes, où les PMT étaient traditionnellement préférés, Laser Components propose désormais le module "COUNTblue", offrant une efficacité quantique supérieure à 50% à 405 nm.