Dunkelzählrate

Dunkelzählrate (DCR) bezeichnet die durchschnittliche Anzahl von Zählereignissen pro Zeiteinheit, die ein Photonendetektor registriert, obwohl kein Licht auf ihn trifft. Sie entsteht durch spontane Erzeugung von Ladungsträgern im Detektormaterial, thermische Aktivierung von Defekten sowie durch nachfolgende Prozesse wie Afterpulsing in Geiger-Modus betriebenen Detektoren. In Arrays von SPADs (Single-Photon Avalanche Diodes) kann zusätzlich optischer Crosstalk die dunkle Zählrate erhöhen.

Die DCR wird üblicherweise in Zählern pro Sekunde (counts per second, cps) angegeben und hängt stark von Temperatur, Betriebsspannung, Detektorarchitektur, Materialqualität und dem beobachteten Spektralbereich ab. Allgemein sinkt die DCR bei niedrigeren Temperaturen; höhere Bias-Spannungen und Defektendichte erhöhen sie. Afterpulsing sowie zeitliche Verzögerungen aufgrund trap-basierten Prozessen führen zu Korrelationen im Zählsignal, die die effektive DCR beeinflussen. Moderne Quencing- oder Quench-Schaltungen zielen darauf ab, diese Effekte zu reduzieren.

Bedeutung und Anwendungen: Die DCR begrenzt die Empfindlichkeit photonenzählender Systeme in Bereichen wie Quantenkommunikation, Spektroskopie oder LIDAR, wo Hintergrundrauschen Signale maskieren kann. Zur Reduktion der DCR werden gekühlte Detektoren, Detektoren mit niedrigem Defektniveau oder spezialisierte Quench-Techniken eingesetzt sowie zeitliche Filterung oder gezielte Blindzeiten genutzt.

Messung: Die Messung erfolgt meist unter lichtdichter Bedingung. Der Detektor wird über eine definierte Zeit betrieben, und die Zählrate wird gemessen; bei gepulsten Systemen lässt sich der Anteil des DCR durch Berücksichtigung von Afterpulsing-Korrelationen bestimmen.