Fotonilaskennalla

Fotonilaskennalla tarkoitetaan mittausmenetelmää, jossa valon yksittäisiä fotoneja havaitaan ja niiden tapahtumia tilastoidaan. Menetelmää käytetään erityisesti hyvin pienissä valo-olosuhteissa, joissa perinteinen integrointi- tai vahvistusmittaus ei riitä. Fotonilaskennan tuloksia esitetään usein fotonien saapumisnopeuksina tai saapumisaikojen jakaumana, mikä kuvaa valon ajallista käyttäytymistä.

Yksi keskeisistä lähestymistavoista on time-correlated single-photon counting (TCSPC). Siinä fotonien saapumisaikoja mitataan suhteessa pulssilähteeseen ja tallennetaan histogrammina, jonka avulla voidaan määrittää ilmiön aikakehitys kuten fluoroforien elinaika. TCSPC tarjoaa erittäin hyvän ajallisen tarkkuuden ja soveltuu erityisesti biologiassa ja kemiassa tehtäviin fluoresenssiajallisuusanalyyseihin.

Detektorit fotonilaskentaan ovat usein PMT: tai APD-tyyppisiä laitteita sekä edistyneempiä SNSPD-toteutuksia. Keskeisiä ominaisuuksia ovat kvantti-inkoeisuus (quantum efficiency), dark count -virta, kuolleaika (dead time) ja ajoitusjitter. Näiden parametrien valinta määrittää mittauskyvyn alhaisten valotasojen ja tarkan aikareunuksen.

Sovellukset kattavat fluoresenssin elinaikatutkimukset biologiassa ja kemiassa, kvanttifysiikan kokeet kuten fotonien antibunching sekä astrofysiikka ja kaukoputkien heikon valon mittaukset. Fotonilaskenta mahdollistaa myös erittäin alhaisten lähteiden tarkkaa karakterisointia sekä ajallisen tilastollisen analyysin, joka ei ole mahdollista perinteisillä mittausmenetelmillä. Haasteina ovat detektoreiden rajoitukset ja tarvittava sofistikoitunut signaalinkäsittely.