Singelfotonräkning

Singelfotonräkning är en teknik inom fotonik och kvantoptik som syftar till att detektera och räkna enskilda fotoner snarare än att mäta en kontinuerlig ljusintensitet. Genom att registrera individuella fotonhändelser kan man studera kvantbeteenden och tidsförlopp med mycket hög tidsupplösning.

Vanliga detektorer i singelfotonräkning är avlopps- eller Geiger-läget drivna avloppsavläsare (avalanche photodiodes, APD) i Geiger-läge, superconducting nanowire single-photon detectors (SNSPDs) samt fotomultiplikatorrör (PMT). Dessa sensorer är oftast konfigurerade så att varje foton ger ett digitalt klick, vilket möjliggör enkel räkning av fotonhändelser. För tidsbaserade mätningar används ofta tekniker som time-correlated single-photon counting (TCSPC).

Principer i singelfotonräkning handlar om kvantisk effektivitet, mörka räkningar och tidsmässiga egenskaper. Kvantisk effektivitet är sannolikheten att ett inkommande foton ger ett registrerat klick. Mörka räkningar är falska positiva händelser som uppstår utan verkligen foton. Efterpåverkan, dead time och tidsjitter påverkar noggrannheten och mätningsupplösningen. Vissa detektorer kan även ge information om fotonantal, men många baserar sig på on/off-detektion.

Användningsområden inkluderar kvantkommunikation och kvantkryptografi (t.ex. QKD), kvantbildning, fluorescenslivslängdsmätningar, LIDAR och astrofysiska mätningar. Utmaningar innefattar kalibrering, detektorkonfokusering, hög mörkgrad och efterverkan (afterpulsing), samt behov av kylning för vissa tekniker som SNSPD. Singelfotonräkning har utvecklats sedan 1900-talet och har blivit centralt inom modern fotonik och kvantteknik.