单光子雪崩二极管：单光子检测与光子计数的核心装备

　　单光子雪崩二极管（SPAD）作为盖革模式下工作的高灵敏度光电探测器，核心用途是实现单光子级微弱光信号的精准捕获与光子计数，凭借单光子响应能力、皮秒级时间分辨率及高计数率优势，成为量子通信、生物医学、激光雷达等领域微弱光检测的核心部件。其通过雪崩倍增效应将单个光子信号放大为可识别电信号，配合计数电路完成光子数量统计，为低光强场景的信号分析提供可靠支撑。

　　1.单光子雪崩二极管核心工作机制适配单光子检测与计数需求，兼具灵敏度与精准度。SPAD工作电压高于击穿电压，当单个光子入射至光敏区域时，会激发产生载流子，引发雪崩倍增效应，输出一个陡峭电脉冲信号。该脉冲信号经淬灭电路快速复位后，可迎接下一个光子入射，实现连续光子计数。其光子探测效率（PDE）可精准匹配目标波段，硅基SPAD在可见光至近红外波段PDE可达50%以上，搭配低暗计数率（DCR）设计，能有效区分真实光子信号与噪声干扰，确保计数准确性。

　　2.量子通信领域，其光子计数能力是密钥分发的核心保障。在量子密钥分发（QKD）系统中，单个光子作为信息载体传输密钥，SPAD需精准捕获经过信道传输的微弱光子信号，通过计数与脉冲识别，还原密钥信息并检测窃*行为。得益于皮秒级时间分辨率与低时间抖动特性，可有效区分不同光子的到达时间，适配高速量子通信链路，保障密钥传输的安全性与稳定性，支撑量子通信网络的构建。

　　3.单光子雪崩二极管生物医学与生命科学领域，赋能低光强检测场景的光子计数分析。在荧光光谱、单分子检测、生物发光成像等应用中，样品发出的光信号强度极低，需SPAD实现单光子捕获与计数，量化荧光分子数量、标记生物分子运动轨迹。例如在单分子荧光共振能量转移（FRET）实验中，通过SPAD精准计数不同波长荧光光子，分析分子间相互作用；在体外诊断中，可检测微量生物标志物的荧光信号，提升诊断灵敏度。

　　4.激光雷达与遥感领域，光子计数功能助力远距离、高精度探测。在车载激光雷达中，SPAD阵列通过计数反射回的单个激光光子，计算光子飞行时间（ToF），实现距离测量与环境成像，即使在强光、雾霾等复杂环境下，也能通过高效光子计数过滤干扰信号，保障探测精度。此外，在天文遥感中，可捕获天体发出的微弱光子信号，通过长期光子计数分析天体光谱特性，为天文观测提供数据支撑。

　　综上，SPAD以卓*的单光子检测与计数能力，成为多领域微弱光分析的核心装备，推动高精度检测技术升级。