SPAD（Single Photon Avalanche Diode，单光子雪崩二极管）像素是一种能够检测单个光子的超灵敏光电探测器，其核心原理是通过雪崩倍增效应将单个光子产生的微弱电流信号放大到可观测水平。
一、工作原理
- 雪崩倍增效应
- 当SPAD反向偏压超过其击穿电压时，进入盖革模式（Geiger Mode）。此时，单个光子入射产生的电子-空穴对会触发雪崩效应，形成宏观电流脉冲。
- 雪崩过程通过淬灭电路（如被动淬灭或主动淬灭）终止，使SPAD恢复至待检测状态。
- 时间相关单光子计数（TCSPC）
- SPAD像素常与时间数字转换器（TDC）结合，记录光子到达的精确时间（皮秒级分辨率），广泛应用于荧光寿命成像、激光雷达测距等领域。
二、核心特性
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| 单光子灵敏度 | 可检测最低至单个光子的信号，灵敏度比传统APD高3-4个数量级 |
| 时间分辨率高 | 时间抖动（Jitter |
)
