重新定义单光子探测技术：基于真空管的探测器解决方案

Photonis 单光子探测解决方案基于真空管探测器技术。该技术结合了高检测效率 (QE) 和极低的暗计数(暗噪声)。发出脉冲后，检测器在检测到光子后生成脉冲的现象是最小的，并且停滞时间是非刺激性的。我们获得专利的高端微通道板技术提供高动态范围、无与伦比的收集效率 (CE) 和出色的时间特性。

真空管探测器工作原理

真空管光子探测器是一种利用真空管探测光子的探测器。它的工作原理是光电效应，即当材料吸收电磁辐射(例如光)时会发射电子。

真空管光子探测器由真空管组成，真空管是一个包含真空的密封容器。真空内部有一个阴极、一个 MCP 和一个阳极，中间有一个小间隙。阴极是一个金属表面，当它被光子撞击时会发射电子。MCP将产生的光电子倍增，阳极也是收集发射电子的金属表面。

当光子撞击光电阴极时，它们被金属表面吸收，导致电子发射。然后，这些发射的光电子通过施加的电压加速流向 MCP，从而产生与检测到的光子数量成正比的电流。管内的真空确保电子不会与任何气体分子碰撞，否则可能会干扰检测过程。

使用 MCP-PMT 进行单光子计数

MCP-PMT 常用于高端激光雷达应用以及医学成像、核物理和天文学等各个领域。在这些研究领域，计算单光子对于精确检测和测量至关重要。快速 MCP-PMT 可以检测非常低的光强度并产生高增益输出信号，使其成为检测单个光子的理想选择。

MCP-PMT 由窗口 + 光电阴极、一堆微通道板 (MCP) 和阳极组成。

在单光子计数应用中，MCP-PMT按以下方式工作：

光子进入 MCP-PMT 并与光电阴极相互作用，导致电子发射。

发射的电子在穿过微通道板 (MCP) 堆栈时会加速并倍增，这些微通道板本质上是具有许多微观通道的薄板。

然后，倍增的电子被阳极收集，产生可检测和分析的输出信号。

MCP-PMT 特别适合单光子计数应用，因为它们具有非常高的量子效率，这意味着它们可以将高比例的入射光子转换为电子信号。它们还具有快速响应时间，可以检测非常低的光强度并产生极低的暗计数。

使用图像增强管 (IIT) 进行单光子成像

在单光子成像应用中使用 IIT 可以极大地提高系统的灵敏度，从而实现单个光子的检测和成像。除了在生物成像、量子成像和天文学中的应用外，IIT 还用于各种其他应用，包括夜视、军事成像和工业检查。

使用IIT的单光子成像的基本原理如下：

光子通过输入窗口进入 IIT 并撞击光电阴极，光电阴极通常由铯或钾等材料制成。

光子使光电阴极发射电子，然后电子在电场的作用下加速流向微通道板 (MCP)。

穿过 MCP 的电子会引起二次电子级联，从而导致电子信号显着放大。

然后，放大的电子信号被加速流向荧光屏，当电子撞击荧光屏时，荧光屏会发出可见光。

敏感相机(例如 EMCCD 或 sCMOS 相机)用于捕获荧光屏发出的光并生成图像。

Cricket ™²包含图像增强管 (IIT)，通常用于单光子成像应用，以放大单个光子的信号并产生可测量的输出信号。在单光子成像中，目标是检测和成像单光子，由于所涉及的光水平极低，这可能非常困难。IIT 可以通过提供光子信号的高增益放大来帮助克服这一挑战，从而可以检测和成像单光子。

使用 TPX3 芯片进行单光子成像和计数

Mantis 3将 TPX3CAM 与 Cricket™² 相结合，从而创建了单光子敏感、最先进的成像系统。Mantis 3专为高分辨率成像和光谱应用以及各种量子成像应用而开发，包括单光子探测、量子密钥分配、量子纠缠和量子隐形传态。

Mantis 3中使用的Timepix3芯片是一种混合像素探测器，包含256 x 256像素，具有小于1纳秒的高时间分辨率和55微米的高空间分辨率，这使其非常适合量子成像应用。Mantis 3还具有高速读出功能，可以以高达每秒 1,000 帧的高帧速率运行。

Mantis 3的主要特点之一是它能够同时执行能量和时间分辨成像。这是通过使用阈值时间 (ToT) 技术来实现的，该技术允许相机测量每个检测到的粒子或光子的能量及其到达时间。这使得 Mantis 3能够生成各种样品的高分辨率图像和光谱，包括生物组织、材料和亚原子粒子。

Mantis 3还具有高度可配置性，这使其非常适合用于各种成像应用。它可以配置为检测不同能量范围内的粒子或光子，还可以对其进行编程以检测与某些现象相关的粒子或光子的特定模式。

总体而言，TPX3CAM 是一款功能强大的成像系统，专为量子应用而设计。其高时间和空间分辨率、高速读出、实时数据分析功能和可配置性使其成为各种量子成像应用的理想工具。

审核编辑 黄宇