單光子雪崩二極管：單光子檢測與光子計數的核心裝備

　　單光子雪崩二極管（SPAD）作為蓋革模式下工作的高靈敏度光電探測器，核心用途是實現單光子級微弱光信號的精準捕獲與光子計數，憑借單光子響應能力、皮秒級時間分辨率及高計數率優勢，成為量子通信、生物醫學、激光雷達等領域微弱光檢測的核心部件。其通過雪崩倍增效應將單個光子信號放大為可識別電信號，配合計數電路完成光子數量統計，為低光強場景的信號分析提供可靠支撐。

　　1.單光子雪崩二極管核心工作機制適配單光子檢測與計數需求，兼具靈敏度與精準度。SPAD工作電壓高于擊穿電壓，當單個光子入射至光敏區域時，會激發產生載流子，引發雪崩倍增效應，輸出一個陡峭電脈沖信號。該脈沖信號經淬滅電路快速復位后，可迎接下一個光子入射，實現連續光子計數。其光子探測效率（PDE）可精準匹配目標波段，硅基SPAD在可見光至近紅外波段PDE可達50%以上，搭配低暗計數率（DCR）設計，能有效區分真實光子信號與噪聲干擾，確保計數準確性。

　　2.量子通信領域，其光子計數能力是密鑰分發的核心保障。在量子密鑰分發（QKD）系統中，單個光子作為信息載體傳輸密鑰，SPAD需精準捕獲經過信道傳輸的微弱光子信號，通過計數與脈沖識別，還原密鑰信息并檢測竊*行為。得益于皮秒級時間分辨率與低時間抖動特性，可有效區分不同光子的到達時間，適配高速量子通信鏈路，保障密鑰傳輸的安全性與穩定性，支撐量子通信網絡的構建。

　　3.單光子雪崩二極管生物醫學與生命科學領域，賦能低光強檢測場景的光子計數分析。在熒光光譜、單分子檢測、生物發光成像等應用中，樣品發出的光信號強度極低，需SPAD實現單光子捕獲與計數，量化熒光分子數量、標記生物分子運動軌跡。例如在單分子熒光共振能量轉移（FRET）實驗中，通過SPAD精準計數不同波長熒光光子，分析分子間相互作用；在體外診斷中，可檢測微量生物標志物的熒光信號，提升診斷靈敏度。

　　4.激光雷達與遙感領域，光子計數功能助力遠距離、高精度探測。在車載激光雷達中，SPAD陣列通過計數反射回的單個激光光子，計算光子飛行時間（ToF），實現距離測量與環境成像，即使在強光、霧霾等復雜環境下，也能通過高效光子計數過濾干擾信號，保障探測精度。此外，在天文遙感中，可捕獲天體發出的微弱光子信號，通過長期光子計數分析天體光譜特性，為天文觀測提供數據支撐。

　　綜上，SPAD以卓*的單光子檢測與計數能力，成為多領域微弱光分析的核心裝備，推動高精度檢測技術升級。