Quantenbildgebung mit CMOS-SPAD-Arrays: Die Grenzen des Lichts durchbrechen

Quantensensorik ist ein aufstrebendes Forschungsfeld, das die Prinzipien der Quantenmechanik nutzt, um Bildgebungsfähigkeiten jenseits klassischer Grenzen zu erreichen. Durch die Nutzung verschränkter Photonen ermöglichen quantenbildgebende Techniken eine verbesserte Auflösung, erhöhte Empfindlichkeit und neuartige Bildgebungsmodalitäten wie Superauflösung, Ghost Imaging und sub-shot-noise Bildgebung. Diese Ansätze bieten vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten in der biomedizinischen Bildgebung, der Fernerkundung und der optischen Metrologie.

In diesem Zusammenhang spielen Single-Photon Avalanche Diode (SPAD)-Arrays in CMOS-Technologie eine entscheidende Rolle bei der Weiterentwicklung der Quantensensorik. Diese Arrays integrieren hochsensitive Photodetektoren, die einzelne Photonen detektieren können. Dank maßgeschneiderter In-Pixel-Elektronik sind sie in der Lage, verschiedene Operationen durchzuführen, wie z. B. die Zeitstempelung von Photonen (mit einer Genauigkeit im Bereich von Hunderten von Pikosekunden), Photonenzählung, zeitgesteuerte Detektion (Time-Gating) und weitere Funktionen. Durch ihre Fähigkeit zur Hochgeschwindigkeits-Bildaufnahme, Photonenzahlauflösung und ortsaufgelösten Messungen sind SPAD-Arrays ideal für Experimente in der Quantenbildgebung.

SPAD-Arrays, die am Fondazione Bruno Kessler für Anwendungen in der Quantensensorik entwickelt wurden, werden vorgestellt, darunter Superauflösung und Quantum Ghost Imaging. Die Designentscheidungen, die wichtigsten Eigenschaften und Charakteristika jedes Arrays werden hervorgehoben, zusammen mit experimentellen Charakterisierungen, die die Vielseitigkeit und das Potenzial der SPAD-Technologie zur Erweiterung der Grenzen der Quantensensorik demonstrieren.

Vortragssprache: EN