Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS
Für viele Anwendungen ist die Detektion von sehr geringen Lichtmengen essentiell, um zum Beispiel Rauschen zu unterdrücken, Energie zu sparen oder Phänomene mit niedriger Energie sichtbar zu machen. In manchen ist diese sogar unverzichtbar, wenn nur wenige Photonen zur Verfügung stehen, die relevante Informationen tragen.
In der optischen Spektroskopie werden beispielsweise häufig nur geringe Lichtmengen vom zu untersuchenden Material emittiert, die zusätzlich auch noch nach der Wellenlänge getrennt werden. Um Quanten-Phänomene sichtbar zu machen, ist im Normalfall ebenso die Detektion von einzelnen Photonen, häufig mit Zeitinformation, notwendig.
Der zuverlässige Nachweis von geringen Lichtmengen stellt hohe Ansprüche an geeignete optische Sensoren, die im Idealfall einzelne Photonen mit hoher Wahrscheinlichkeit ohne Beeinträchtigung durch intrinsisches Rauschen detektieren müssen. Nur bestimmte Arten von Sensoren besitzen diese Fähigkeit und können für Low-Light-Detection eingesetzt werden.
Expertise
Das Fraunhofer IMS hat mit der Single-Photon Avalanche Diode Zugriff auf ein hoch performantes Bauelement, das für die Detektion einzelner Photonen ausgelegt ist. Die SPAD wurde in die hauseigene 0,35 µm CMOS-Technologie integriert und kann so direkt in einen IC eingebaut werden und die Basis für einen Einzelphotonendetektor bilden. Mit dem Ziel, eine hohe Geschwindigkeit bei gleichzeitiger hoher temporaler Auflösung und Empfindlichkeit zu erzielen, konnte über viele Jahre Erfahrung in der Gestaltung der eingesetzten Schaltung zur Ansteuerung und Auslese der SPAD gesammelt werden. Zusätzlich wurde das Bauelement hinsichtlich des Rauschens optimiert und so die SPAD mit der weltweit geringsten Dunkelzählrate realisiert.
Weitere Informationen über Aktivitäten des Fraunhofer IMS im Low-Light-Detection finden sie in den folgenden Infoblättern.