Moderne Einzelphotonenzähler: Zeit- und ortsaufgelöste Quantendetektion mit SPAD-Arrays

Die Quantennatur des Lichts lässt sich vereinfacht beschreiben, wenn man neben dem Bild als elektromagnetische Welle auch die Vorstellung als Lichtteilchen (Photonen) akzeptiert. Beide Beschreibungen sind physikalisch zulässig, weil sich sowohl für Wellen als auch für Teilchen passende Experimente durchführen lassen. Besonders hilfreich haben sich dabei Photonenzähler auf der Basis des Lawineneffekts (also Avalanche-Photodioden oder APDs) erwiesen. Diese können mit sehr hoher zeitlicher Präzision das Eintreffen eines Photons nachweisen. Aufgrund der guten Zeitauflösung lassen sich mit diesen Messinstrumenten viele Eigenschaften von Photonen nachweisen, die in der Theorie nur mit nicht-klassischer Physik erklärt werden können, z.B. das antibunching (frei übersetzt Antibündelung) bei Einzelphotonenemittern und die Verschränkung von Photonen. Avalanche-Photodioden in der Ausführung als Mehrkanaldetektor hingegen sind schon seltener anzutreffen.

Mit den SPAD-Arrays (engl. Single-Photon Avalanche Diode, also Einphotonen-Lawinenphotodiode) von PI-Imaging hat Quantum Design nun echte Vielkanal-Photonenzähler im Angebot. Diese ermöglichen es, neben dem Auftreffzeitpunkt auch räumliche Information zu gewinnen. Die SPAD-Kameras werden in verschiedenen Ausführungen gebaut, als 512 x 512 Pixelarray, mit 1024 x 1024 Pixeln und optionaler RGB-Farbmaske, oder in hexagonaler Kreisanordnung mit 23 bzw. 93 Dioden. Die Optimierung mittels eines Mikrolinsenarrays verbessert die Quanteneffizienz des Sensors. Damit erweitern wir unser umfangreiches Angebot an photonenzählenden Kameras im sichtbaren Spektralbereich.
Darüber hinaus bieten wir ebenfalls ein lineares Array von Dioden an. In Kombination mit einem Spektrographen lässt sich hiermit zeitlich hochaufgelöste Spektroskopie realisieren. 

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