SPAD（Single Photon Avalanche Diode，單光子雪崩二極管）像素是一種能夠檢測單個光子的超靈敏光電探測器，其核心原理是通過雪崩倍增效應將單個光子產生的微弱電流信號放大到可觀測水平。

一、工作原理

1. 雪崩倍增效應
   • 當SPAD反向偏壓超過其擊穿電壓時，進入蓋革模式（Geiger Mode）。此時，單個光子入射產生的電子-空穴對會觸發雪崩效應，形成宏觀電流脈沖。
   • 雪崩過程通過淬滅電路（如被動淬滅或主動淬滅）終止，使SPAD恢復至待檢測狀態。
2. 時間相關單光子計數（TCSPC）
   • SPAD像素常與時間數字轉換器（TDC）結合，記錄光子到達的精確時間（皮秒級分辨率），廣泛應用于熒光壽命成像、激光雷達測距等領域。

二、核心特性

特性	描述
單光子靈敏度	可檢測最低至單個光子的信號，靈敏度比傳統APD高3-4個數量級
時間分辨率高	時間抖動（Jitter