精確的測(cè)量單光子的達(dá)到時(shí)間，是提高很多應(yīng)用的關(guān)鍵，比如熒光壽命成像FLIM和正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像PET。這里面單光子雪崩探測(cè)器SPAD的時(shí)間分辨率，是由不同的處理單元決定的，包括單光子雪崩探測(cè)器SPAD，和它的淬熄電路QC以及時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器。加拿大謝布克大學(xué) Jean-Francois Pratte教授課題組，研發(fā)了新穎的淬熄電路QC和采用了一種CMOS技術(shù)的單光子雪崩探測(cè)器SPAD，在室溫下可以提供創(chuàng)記錄的FWHM 7.8ps的時(shí)間抖動(dòng)。這就需要一種高性能的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC——Time Tagger Ultra HiRes。

Time Tagger Ultra HiRes可以提供3ps RMS/ 7 ps FWHM時(shí)間精度。我們可以與兩個(gè)獨(dú)立的SPAD進(jìn)行時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)測(cè)量，一個(gè)單獨(dú)的SPAD可以提供12.5ps FWHM的時(shí)間分辨率。

實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)

一束經(jīng)過衰減的飛秒激光脈沖，脈寬小于100fs，擁有可以忽略的脈沖-脈沖抖動(dòng)。激光光束被衰減到一個(gè)脈沖少于一個(gè)光子的級(jí)別。作為對(duì)比，SPAD和QC被一個(gè)高阻抗的差分探頭讀取，SPAD和QC模塊輸出信號(hào)到Time Tagger Ultra HiRes 的50歐姆輸入通道。這種時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)測(cè)試，由Time Tagger關(guān)聯(lián)測(cè)量，也可以采樣一定數(shù)量的事件進(jìn)行信號(hào)延遲。

結(jié)論：時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)TCSPC信號(hào)呈現(xiàn)于圖2，柱狀圖顯示了20.3ps FWHM的時(shí)間分辨率，包括2個(gè)SPAD和2通道的Time Tagger。單個(gè)的SPAD和QC時(shí)間分辨率

從公式

FWHM2meas = 2FWHM2SPAD + FWHM2TT

可以計(jì)算出 FWHMSPAD  =  12.5  ps。

這種低抖動(dòng)的SPAD可以作為很多應(yīng)用的又一選項(xiàng)，也許有些時(shí)候時(shí)間抖動(dòng)比量子效率更重要。