DE60120010T2 - Schaltung zur hochpräzisen Ermittlung der Ankunftszeit von Photonen auf durch einzelne Photonen getriggerte Avalanche-Dioden - Google Patents

Schaltung zur hochpräzisen Ermittlung der Ankunftszeit von Photonen auf durch einzelne Photonen getriggerte Avalanche-Dioden Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung für SPADs (Single Photon Avalanche Diodes – Einphotonenlawinendioden) zur Verwendung in Verbindung mit einer Lawinenlöschschaltung für die hochpräzise Detektion der Ankunftszeit des Photons, das heißt des Zeitpunkts, zu dem das einzelne Photon auf die aktive Oberfläche des Detektors auftritt. Diese Erfindung betrifft insbesondere das Gebiet der Technik des TCPC (Time Correlated Photon Counting – zeitkorreliertes Photonenzählen) und allgemeiner das Gebiet der Techniken, die Präzisionsmessungen der Ankunftszeit von Photonen verwenden, wie etwa Distanzmessungen mit Laserentfernungsmeßtechniken.
  • TCPC-Techniken werden verwendet, um schnelle und/oder schwache Lichtsignale in verschiedenen technischen und wissenschaftlichen Gebieten zu messen (Untersuchung der Fluoreszenzemission und des Abklingens in der Wissenschaft der Materialien, der Chemie, der Biologie, der Medizin usw.). Ähnliche Techniken auf der Basis der Präzisionsdetektion der Ankunftszeit von Photonen werden in verschiedenen anderen Gebieten verwendet wie etwa: Satellitenlaserentfernungsmessung; Messung der Gestalt von entfernten Objekten mit optischen Radartechniken; Quantenkryptographie. Die zeitliche Auflösung, die mit den Techniken erhalten werden kann, wird durch die Präzision bestimmt, mit der der Ankunftszeitpunkt des auffallenden Photons auf dem Photodetektor identifiziert wird. Viele Anwendungen erfordern, dass auch mit extrem hohen Zählraten (Mc/s, Millionen von Zählungen pro Sekunde) gearbeitet wird, wobei das bei einer niedrigen Zählrate (KC/s, Tausende von Zählungen pro Sekunde oder weniger) erreichte gute Niveau der zeitlichen Auflösung beibehalten wird.
  • Die besagten Techniken wurden eingeführt und entwickelt unter Verwendung von Photoelektronenvervielfacher (PMT – Photo-Multiplier Tubes) als Detektoren von einzelnen Lichtphotonen.
  • Spezielle Halbleiterbauelemente, Einphotonenlawinendetektoren (SPAD) sind gegenwärtig bekannt und als Detektoren von einzelnen Lichtphotonen erhältlich. Im Vergleich zu den PMTs stellen die SPADs aufgrund ihrer kleineren Abmessungen, ihrer niedrigeren Vorspannung und Verlustleistung und ihrer Kompaktheit, Robustheit und Zuverlässigkeit einen klaren Fortschritt dar. Zudem liefern sie eine höhere Quanteneffizienz und eine Präzision bei der Detektion der Ankunftszeit von Photonen, die vergleichbar ist mit der der besten MCP-(Micro Channel Plate – Mikrokanalplatte)-Photoelektronenvervielfacher.
  • Die Einzelphotonenlawinendetektoren sind spezielle Lawinenphotodioden, die im Geiger-Modus auf eine Vorspannung VAA vorgespannt arbeiten, die über der Durchschlagspannung Vbd liegt, das heißt mit einer Übervorspannung Vex = |VAA| – |Vbd| > 0. Bei dieser Spannung kann ein einzelnes Photon, das durch Auftreffen auf den Detektor ein Elektronen-Loch-Paar freisetzt, einen sich selbsterhaltenden Prozess der Lawinenmultiplikation der Ladungsträger auslösen. Das Photon erzeugt somit einen makroskopischen Stromimpuls (in der Regel ein Milliampere oder mehr) mit einer schnellen Vorderkante (in der Regel unter einer Nanosekunde). Dieser Impuls signalisiert die Ankunft des Photons und gibt mit seiner Vorderkante den Zeitpunkt seiner Ankunft an.
  • Der Lawinenstromimpuls muss abgeschlossen sein, damit die Einrichtung andere Photonen zu folgenden Zeitpunkten detektieren kann. Eine Löschschaltung bewerkstelligt diese Aufgabe durch Absenken der an die Photodiode angelegten Spannung hinunter auf die Durchschlagsspannung Vbd oder darunter. Deshalb erzeugt entsprechend einem detektierten einzelnen Photon die SPAD einen Stromimpuls kurzer Dauer (in der Regel von zehn bis einigen Zehn Nanosekunden).
  • PQCs (Passive Quenching Circuits – passive Löschschaltungen) und AQCs (Active Quenching Circuits – aktive Löschschaltungen) sind bekannt. Bei den passiven Schaltungen PQC wird das Löschen hervorgerufen durch einen hochwertigen Lastwiderstand, an dem der Lawinenstrom selbst direkt den Spannungsabfall entwickelt, der ihn löscht. Bei den aktiven Schaltungen AQC detektiert ein spezieller Schaltungsblock (AQB Active Quenching Block), der aktive Bauelemente enthält, das Auslösen des Lawinenstroms und legt an die SPAD einen Spannungsimpuls an, der die an die SPAD angelegte Spannung bis unter die Durchschlagsspannung Vbd absenkt.
  • Die in der technischen und wissenschaftlichen Literatur berichteten Hauptmerkmale der bekannten SPADs können wie folgt zusammengefasst werden. Je nach ihrer Struktur können sie in zwei Kategorien klassifiziert werden: SPADs mit dünnem Übergang, mit Hilfe derer die beste zeitliche Präzision erreicht worden ist (bis zu 20 Pikosekunden), die eine Übergangsdicke von 1 Mikrometer oder ein wenig mehr, eine niedrige Durchschlagspannung (im Bereich zwischen 15 und 50 V), eine Übervorspannung Vex von bis zu 10 V oder etwas mehr aufweisen; SPADs mit dickem Übergang, mit Hilfe derer eine geringere zeitliche Präzision erreicht worden ist (bis zu 150 ps), die in der Regel eine Dicke des Übergangs von 20 Mikrometern oder mehr, eine hohe Durchschlagsspannung (im Bereich von 120 V bis 500 V), eine Übervorspannung Vex von bis zu einigen zehn Volt aufweisen. Diese bekannten SPAD-Bauelemente weisen einen photonenempfindlichen Bereich mit einem Durchmesser im Bereich von 5 bis 500 Mikrometern auf, umgeben von einem großen Schutzring, der gegenüber Photonen nicht empfindlich ist, der zu der elektrischen Kapazität des Übergangs beiträgt, der Werte im Bereich zwischen 1 Pikofarad und etwa zwanzig Pikofarad aufweist. Wenn der Lawinenstrom fließt, besitzen die SPADs einen Innenwiderstand Rd, dessen Wert von der Struktur des Bauelements abhängt und im Bereich von einigen wenigen Hundert Ohm bis etwa 10 KOhm liegt. Der Wert des Lawinenstroms ist gegeben durch das Verhältnis zwischen der Übervorspannung Vex und dem Innenwiderstand Rd der SPAD. Die Anstiegszeit des Lawinenstromimpulses ist sehr schnell, und ihr Wert hängt von der Struktur des SPAD und von dem Wert der Übervorspannung Vex ab: sie ist in der Regel kürzer als eine Nanosekunde, sie kann nur hundert Pikosekunden betragen oder sie kann länger und bis zu einigen Nanosekunden lang sein. Von hier ab wird die Bandbreitengrenze eines Impulses mit der Anstiegszeit Tra als der Kehrwert 1/Tra der Anstiegszeit definiert. Für den Lawinenstromimpuls der SPADs ist die Bandbreitengrenze in der Regel größer als 1 GHz, und sie kann höher sein, bis zu einigen wenigen Gigahertz, oder sie kann reduziert sein, bis hinunter zu einigen hundert MHz.
  • Aus „Avalanche Photodiodes and Quenching Circuits for Single-Photon Detection", S. Cora et al. Applied Optics (20-04-1996), 35 (12), 1956–1976, ist eine Technik bekannt, um Nachteile aufgrund der kapazitiven Durchleitung des Löschimpulses durch die Kapazität der SPAD-Diode während des Vorgangs des Löschens der Lawine mit Hilfe eines Hochspannungsimpulses zu vermeiden.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Ausgangsschaltung herzustellen, die in Verbindung mit Löschschaltungen unterschiedliche Arten für den Betrieb mit einer beliebigen Art von SPAD bei einer beliebigen Vorspannung (VAA-Spannung noch höher als 500 V) und mit einer beliebigen Impulszählrate (sogar eine hohe Zählrate von über 1 Mc/s – eine Million Zählungen pro Sekunde) verwendet werden kann, wodurch das Lawinenstromsignal derart extrahiert werden kann, dass der Zeitpunkt der Lawinenauslösung und deshalb der Zeitpunkt, zu dem das Photon auf der aktiven Oberfläche der SPAD ankommt, unter allen Betriebsbedingungen und mit hoher Präzision identifiziert und gemessen werden kann.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe mit Hilfe eines SPAD-Photodioden-Detektors wie in Anspruch 1 definiert, gelöst.
  • Zudem werden die Werte der Schaltungselemente bevorzugt so gewählt, dass der Wert der Tiefpassgrenzfrequenz bevorzugt größer ist als die Bandbreitengrenze des Lawinenstromimpulses oder mindestens etwa ihr gleich ist, das heißt, die Integrationszeitkonstante ist kleiner als die Anstiegszeit des Lawinenstromimpulses oder mindestens etwa ihr gleich.
  • Der oben erwähnte Wert der Tiefpassgrenzfrequenz und der entsprechenden Integrationszeitkonstanten wird festgelegt, um zu verhindern, dass die Verlangsamung, wodurch die Anstiegsrate der Vorderkante des Ausgabeimpulses bezüglich der eines Lawinenstromimpulses leidet, signifikant genug ist, um die Präzision der Messung der Ankunftszeit zu verschlechtern, wie hiermit verdeutlicht ist. Der oben erwähnte Wert der Hochpassgrenzfrequenz und der entsprechenden Differenzierungszeitkonstanten wird festgelegt, um zu verhindern, dass die Basislinie der ausgegebenen Impulse bei hohen Zählraten durch statistische Fluktuationen beeinflusst wird mit einer daraus folgenden Verschlechterung der Ankunftszeit der Photonen, wie hiermit verdeutlicht wird.
  • Die Charakteristiken und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bekannten Technik und einer Ausführungsform der Erfindung, als nicht beschränkendes Beispiel in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
  • 1 die Vorderkante eines Impulses, der an einer generischen Elektronikschaltung ankommt und den Schwellwert eines Vergleichers kreuzt, was die Ankunftszeit des Impulses signalisiert;
  • 2 eine passive Löschschaltung einer SPAD-Photodiode gemäß der bekannten Technik;
  • 3 eine Gruppe von Impulssignalen in der Schaltung von 2;
  • 4 eine aktive Löschschaltung gemäß der bekannten Technik;
  • 5 Impulssignale in der Schaltung von 4;
  • 6 ein elektrisches Netz, das eine Wechselstromsignalkopplung (AC-Kopplung) für den Lawinenimpuls bereitstellt und gebildet wird durch Widerstände und Kondensatoren und in eine an sich bekannte aktive Löschschaltung eingefügt ist;
  • 7 eine Reihe von am Ausgang des AC-Koppelnetzes in der Schaltung von 6 erhaltenen Impulsen, wobei Werte der Schaltungselemente gemäß dem bekannten Stand der Technik ausgewählt sind;
  • 8 eine Reihe von am Ausgang des AC-Koppelnetzes in der Schaltung von 6 erhaltenen Impulsen, wobei Werte der Schaltungselemente gemäß der vorliegenden Erfindung ausgewählt sind;
  • 9 eine Variante der Schaltung von 6 gemäß der vorliegenden Erfindung mit AC-Koppelnetz für den Lawinenimpuls, gebildet durch Widerstände und miteinander gekoppelten Induktionsspulen.
  • 1 zeigt die Situation einer generischen Elektronikschaltung, die mit einem Vergleicher ausgestattet ist, der die Ankunftszeit eines Impulses detektiert: man beachte die Vorderkante 101 des Impulses mit der Anstiegszeit Tra, der bei Punkt 103 den Schwellwert 102 eines Vergleichers kreuzt, der ausgelöst wird und somit die Ankunftszeit signalisiert.
  • In der Elektrotechnik ist die Lösung für das klassische Problem des Detektierens der Ankunftszeit von Impulsen mit Standardform bei Vorliegen von elektronischem Rauschen wohlbekannt, was statistische Fluktuationen (Zeitjitter) bei der detektierten Ankunftszeit verursacht (siehe beispielsweise: Kapitel 10 in T.H. Wilmshurst „Signal Recovery from Noise in Electronic Instrumentation", IOP Publishing Ltd., 1990). Der Schaltungsvergleicher und die Filter- und/oder Verstärkungsschaltungen mit geringem Rauschen, die dem Vergleicher vorgeschaltet sind, werden so ausgewählt und dimensioniert, dass die Zeit minimiert wird, die der Impuls benötigt, um ein Band um den Schwellwert mit einer durch die Rauschintensität definierten Amplitude zu kreuzen, gemessen durch den quadratischen Mittelwert des Rauschens. Die Auswahl der Schaltungskonfiguration und der Parameterwerte berücksichtigt sowohl den entsprechend der Schwellwertkreuzung erhaltenen Impulsanstieg als auch die Intensität des Rauschens. Bei der besten Lösung gemäß dem bekannten Stand der Technik kann es vorkommen, dass der ausgewählte Schwellwert recht hoch ist, das heißt, der Impuls kreuzt den Schwellwert nicht innerhalb des Anfangsteils seiner Vorderkante, sondern an einem nachfolgenden Punkt (beispielsweise auf der halben Höhe seiner Vorderkante), und dass das Filter- und Verstärkungsband auf der Hochfrequenzseite durch eine Tiefpassfilterung mit einer charakteristischen Frequenz begrenzt wird, die unter der Bandbreitengrenze des Originalimpulses vor der Filterung liegt.
  • Der Fall von SPAD-Photodioden unterscheidet sich erheblich im Vergleich zu dem oben erwähnten klassischen Problem, da die Gestalt der Vorderkante des Lawinenstromimpulses in der SPAD nicht standardmäßig ist, sondern intrinsisch durch statistische Fluktuationen beeinflusst wird. In der Anfangsphase sind die intrinsischen Fluktuationen des Anstiegs des Impulses klein, da der Lawinenstrom ansteigt und gleichzeitig auf einen kleinen Bereich um den Punkt herum beschränkt ist, bei dem das Photon absorbiert worden ist und die Lawine ausgelöst hat. Nacheinander nimmt der Strom zu, nachdem die Anzahl der Trägerpaare (Elektronen und Löcher) angewachsen ist und einige wenige Tausend erreicht hat und der Wert des Lawinenstroms entsprechend einen Pegel von einigen Dutzend Mikroampere erreicht hat, indem er sich zunehmend zu dem Rest des Bereich des Übergangs durch physikalische Phänomene mit statistischen Merkmalen ausbreitet, und folglich nimmt der Jitter des ansteigenden Signals schnell zu (siehe beispielsweise A. Spinelli, A. Lacaita „Physics and Numerical Simulation of Single Photon Avalanche Diodes", IEEE Trans. Electron Devices, Band 44, S. 1931–1943 (1997)).
  • Anders als bei der bekannten Lösung für das klassische Problem müssen im Fall der SPAD-Photodioden die Vergleicherschaltung und die Filter- und/oder Verstärkerschaltung mit geringem Rauschen, die dem Vergleicher vorgeschaltet sind, und ihre Parameterwerte so ausgewählt werden, dass auch der durch intrinsische Fluktuationen des Impulsanstiegs verursachte Jitter der Schwellwertkreuzungszeit minimiert wird. Deshalb muss der Vergleicherschwellwert von dem Impuls während des Anfangsteils seines Anstiegs gekreuzt werden, in dem die intrinsischen Fluktuationen des Lawinenstroms immer noch klein sind. Folgendes sind die Bedingungen, die erforderlich sind, um dieses Ziel zu erreichen:
    • (A) Die Filter- und/oder Verstärkerschaltungen mit geringem Rauschen, die dem Vergleicher vorgeschaltet sind, dürfen den Anfangsanstieg des Impulses im Vergleich zu dem intrinsischen Anstieg des Lawinenstromimpulses in der SPAD nur geringfügig verlangsamen, das heißt, die Schaltungen müssen eine höhere Obergrenze des Durchlassbandes als die Bandbreitengrenze des Lawinenstromimpulses der SPAD besitzen, und es wird bevorzugt, dass die Bandgrenze der Schaltungen einem einzelnen Pol entspricht, mit einer kleineren Integrationszeitkonstanten als die intrinsischen Anstiegszeit des Lawinenstromimpulses;
    • (B) der Schwellwert des Vergleichers muss sehr niedrig liegen, das heißt, sein Abstand von der Basislinie des Impulses muss viel kleiner sein als die Impulsamplitude.
  • Es muss deshalb untersucht werden, wie es möglich ist, die Bedingungen in den SPAD-Löschschaltungen zu erfüllen.
  • Eine passive Löschschaltung gemäß der bekannten Technik ist in 2 gezeigt. Gemäß dem, was in der Figur dargestellt ist, ist ersichtlich, dass eine SPAD-1-Photodiode einen Anodenanschluss 3 aufweist, der an dem Schaltungsknoten 300 mit Hilfe eines Widerstands 4 angeschlossen ist, der als Lastwiderstand RL bezeichnet wird, mit einem viel höheren Wert als der Innenwiderstand der SPAD, der in der Regel im Bereich von 100 KOhm bis einigen wenigen MOhm liegt, und in Reihe damit ein Widerstand 6, der als Pull-Up-Widerstand Rp bezeichnet ist, mit einem niedrigen Wert in der Regel im Bereich zwischen 50 Ohm und 5 KOhm, und der Schaltungsknoten 300 ist geerdet. Der Eingang eines Vergleichers 5 ist zwischen den Widerständen am Zwischenpunkt 8 angeschlossen. Ein Kondensator 9 mit einer Kapazität Ca stellt die Gesamtkapazität zwischen der Anode 3 und Masse dar. Ein Kathodenanschluss 2 der SPAD kann über einen als Signalwiderstand Rs bezeichneten Widerstand 7 mit einem niedrigen Wert in der Regel im Bereich zwischen 5 und 500 Ohm an einen Schaltungsknoten 200, der mit der Vorspannung +VAA verbunden ist, oder direkt mit dem Schaltungsknoten 200 verbunden sein. Ein Kondensator 10 mit einer Kapazität Ck stellt die Gesamtkapazität zwischen der Kathode 2 und Masse dar. Die Kapazitäten Ca und Ck ergeben sich aus der Kapazität der SPAD-Diode und aus der Streukapazität der Verbindungen, und ihr Wert liegt zwischen einigen wenigen Pikofarad und einigen wenigen zehn Pikofarad, entsprechend den Schaltungskomponenten, die an die Elektrode der SPAD angeschlossen ist, und den verschiedenen Schaltungsaufbautechniken. Deshalb weisen die Gesamtkapazitäten Ca und Ck in der Regel Werte zwischen 5 und 20 pF auf.
  • 3 zeigt ein Zeitdiagramm einer Reihe elektrischer Signale, die in der Schaltung von 2 nach der Absorption des Photons 77 erzeugt werden, was in der SPAD eine Lawine auslöst.
  • 3(a) stellt das Verhalten 104 der Spannung Va der Anode 3 dar. Der Spannungsimpuls am Punkt 8 der Schaltung von 2 ist eine Kopie des Anodenspannungsimpulses, wobei die Amplitude durch den Teiler gedämpft wird, der durch die Widerstände 4 und 6 gebildet wird; deshalb stellt 3(a) mit einer anderen vertikalen Spannungsskala den bei Punkt 8 gelesenen Impuls dar. 3(a) zeigt den Schwellwert 106 des Vergleichers 5, den der Impuls bei Punkt 107 seines Anstiegs kreuzt, wodurch am Ausgang des Vergleichers ein Impuls erzeugt wird, der durch nachfolgende Elektronikinstrumente verwendet werden kann, die die Impulse zählen oder die Ankunftszeit aufzeichnen.
  • 3(b) zeigt das Verhalten 108 des Lawinenstroms, und 3(c) zeigt das Verhalten 109 der Spannung am Anschluss 11 des Widerstands 7 in 2.
  • Es ist ersichtlich, dass der Widerstand 4 RL, da er viel größer ist als der Innenwiderstand Rd, als ein löschendes Element der von dem einfallenden Photon 77 auf der SPAD 1 ausgelösten Lawine fungiert, da, wie in 3(a) gezeigt, der Lawinenstrom am Widerstand 4 RL einen Impuls erzeugt, der bewirkt, dass die Spannung an der Anode 3 ansteigt, bis sie fast den Pegel 105 gleich (+VAA – Vbd) erreicht, wodurch die zwischen der Kathode 2 und der Anode 3 der SPAD-Photodiode 1 angelegte Spannung auf einen Wert in der Nähe der Durchschlagspannung Vbd reduziert wird. Dieser Impuls wird von dem Lawinenstrom durch eine Filterwirkung aufgrund des Netzes erzeugt, das von der Kapazität 9 Ca, von dem Lastwiderstand 4 RL und dem Innenwiderstand Rd der SPAD 1 unter Lawinenbedingung erzeugt wird. Diese Filterung ist eine Integration mit einer Zeitkonstanten τa, die gegeben ist durch das Produkt von Ca und dem Widerstand RL/Rd was sich aus der Parallelschaltung zwischen den Widerständen RL und Rd ergibt, also in der Praxis durch: τa = Rd·Ca. Der Wert der Konstanten τa ist infolgedessen im Bereich zwischen 2 und 100 Nanosekunden und ist deshalb eindeutig größer als die Anstiegszeit des Lawinenstroms, wie in den 3(a) und 3(b) dargestellt. Das am Punkt 8 genommene Signal erfüllt deshalb nicht die Bedingung (A).
  • Aus 3(c) ist ersichtlich, dass für den Zweck das vom Punkt 11 in 2 genommene Spannungssignal am Widerstand 7 infolgedessen geeigneter ist, weil es im Unterschied zu RL möglich ist, für den Widerstand 7 der Stelle Rs einen niedrigen Wert auszuwählen, der kleiner ist als der des Innenwiderstands Rd der SPAD. Das oben erwähnte Signal wird durch den Lawinenstrom durch eine Integrationsfilterung aufgrund des Netzes erzeugt, das gebildet wird durch die Kapazität 10 Ck, den Signalwiderstand 7 Rs und den Innenwiderstand Rd der SPAD. Die Zeitkonstante τk der Filterung ist gegeben durch das Produkt aus Ck und dem Widerstand Rs//Rd, das heißt die Parallelschaltung zwischen den beiden als Rs und Rd bezeichneten Widerständen. Indem Rs so gewählt wird, dass es einen niedrigeren Wert als Rd aufweist, erhalten wir τk = Rs·Ck, und deshalb kann die Bedingung (A) erfüllt werden, wodurch eine Zeitkonstante τk erhalten wird, die kürzer ist als eine Nanosekunde und deshalb kürzer als die Anstiegszeit des Lawinenstroms oder zumindest etwa dieser gleich. Um auch die Bedingung (B) zu erfüllen, muss der Eingang eines Vergleichers mit dem Schwellwert 110 in der Nähe der Basislinie des Impulses an Punkt 11 in 2 angeschlossen sein, wie in 3(c) gezeigt. Es ist jedoch ersichtlich, dass in der PQC-Schaltung in 2 der Punkt 11 auf eine hohe Spannung VAA vorgespannt ist, was am Eingang einer Vergleicherschaltung nicht zulässig ist. Dieses Hindernis kann dennoch leicht vermieden werden, indem auf eine negative Vorspannung für die SPAD ausgewichen wird, das heißt, indem die folgenden Änderungen in das Schaltungsdiagramm von 2 eingebracht werden: Der Schaltungsknoten 300 ist mit der Spannung –VAA (negative Versorgung mit Absolutwert gleich +VAA) anstelle mit Masse verbunden, und der Schaltungsknoten 200 ist mit Masse anstelle mit der positiven Spannung +VAA verbunden. Punkt 11 führt somit zu einer Vorspannung bei Massenspannung, und der Eingang eines Vergleichers mit einem niedrigen Schwellwert kann daran angeschlossen werden, wodurch die Bedingung (B) erfüllt ist.
  • In den passiven Schaltungen PQC kann die beim Messen der Impulsankunftszeit erhaltene Präzision durch Einsatz der oben beschriebenen Lösung optimiert werden, doch ist das Interesse an diesem Ergebnis begrenzt, da sich die PQCs inhärent sowieso nicht sehr für den Zweck eignen. Tatsächlich verursacht die langsame Rate, mit der die an die SPAD angelegte Spannung zur Arbeitsspannung VAA nach jedem Löschen zurückgeht, eine progressiv zunehmende Verschlechterung der Präzision beim Messen der Ankunftszeit, sowie die Zählrate der Impulse eintausend Impulse pro Sekunde übersteigt (siehe S. Cova, M. Ghioni, A. Lacaita, C. Samori, F. Zappa „Avalanche Photodiodes and Quenching Circuits for Single Photon-Detection", Appl. Optics, 35, 1956–1976 (1996)).
  • Um die Begrenzungen der PQC-Schaltungen zu überwinden und die mit SPAD-Photodioden erhaltbare Leistung zu verbessern, sind die aktiven löschenden Schaltungen AQC eingeführt worden.
  • Wie aus 4 ersichtlich ist, ist das löschende Element der von einem auf die SPAD auffallenden Photon 77 ausgelösten Lawine ein spezieller Schaltungsblock 130, der aktive Bauelemente enthält, bezeichnet als AQB (Active Quenching Block – aktiver Löschblock). Als ein nichteinschränkendes Beispiel ist eine häufig verwendete bekannte AQB-Konfiguration in 4 dargestellt, die erhalten wird durch Hinzufügen einer speziellen Schaltung 12 zu der PQC-Schaltungskonfiguration in 2, wobei der Eingang mit dem Ausgang des Vergleichers 5 und der Ausgang mit dem Anschluss 3 der SPAD verbunden ist. Die Vorderkante des Signals am Punkt 8 löst den Vergleicher 5 aus, der der Schaltung 12 einen Befehl gibt, die ein positives Spannungssignal derartiger Amplitude erzeugt, dass die Lawine gelöscht wird, und das Signal wird mit einer Verzögerung Iqa bezüglich des Beginns der Lawine (Löschverzögerung) an die SPAD angelegt und hält sie für eine voreingestellte Zeitdauer Tho (Schonzeit) gelöscht und bringt die Spannung schließlich zur Masse zurück, wodurch die anfänglichen Vorspannungsbedingungen des SPAD wiederhergestellt werden (aktives Zurücksetzen).
  • Wie aus 5(a) ersichtlich weist der Impuls 112 des Lawinenstroms eine Dauer 113 auf, die durch den Wert der Verzögerung Tqa bestimmt ist, die einen von der Schaltung voreingestellten Wert zwischen einem der Laufzeit in der Schaltung entsprechenden Minimum, in der Regel etwa 10 Nanosekunden, und einem Maximum von einigen Zehn Nanosekunden aufweist.
  • Alle bekannten Schaltungskonfigurationen, mit denen der Block 130 AQB hergestellt werden kann, einschließlich der in 4 dargestellten, enthalten aktive Elektronikbauelemente und gestatten deshalb weder eine Verbindung ihres Eingangs noch ihres Ausgangs mit auf Hochspannung vorgespannten Punkten. Deshalb müssen beide Verbindungen des AQB an die SPAD in jedem Fall mit dem auf Massespannung (oder höchstens auf eine Spannung von einigen wenigen Volt, klein genug, um für die AQB-Schaltung selbst tolerierbar zu sein) vorgespannten Anschluss der SPAD hergestellt werden. Die Verbindungen des AQB erhöhen jedoch die Gesamtkapazität des Anschlusses, und zusätzlich gestatten viele der bekannten AQB-Konfigurationen nicht die Verbindung eines niedrigwertigen Widerstands mit ihrem Ausgang und/oder mit ihrem Eingang, und deshalb blockieren sie das Schalten eines niedrigwertigen Widerstands zwischen den Anschluss der SPAD, mit dem sie verbunden sind, und Masse. Folglich ist es nicht möglich, die Bedingung (A) für das an dem auf Massespannung vorgespannten Anschluss der SPAD genommene Signal zu erfüllen.
  • Es ist ersichtlich, dass in der AQC-Schaltung 13 in 4 ein Signalwiderstand Rs zwischen den Anschluss 2 der SPAD und die Vorspannung VAA geschaltet ist, genau wie in der PQC-Schaltung in 2. Der Wert dieses Widerstands kann wie in dem PQC-Fall von 2 gesagt ausgewählt werden, und deshalb ist es auch in dem AQC-Fall von 4 möglich, die Bedingung (A) für das Spannungssignal 115 am Punkt 11 zu erfüllen. Tatsächlich kann in 5(a) und 5(b) angemerkt werden, dass das Signal 115 praktisch die gleiche Form wie das des Lawinenstromimpulses 112 in der SPAD aufweist. Punkt 11 in 4 ist auf die hohe Spannung VAA vorgespannt, wie in der Schaltung PQC von 2, doch blockiert das Vorliegen der AQC in diesem Fall den Einsatz der in dem Fall der PQC verwendeten Lösung zur Vermeidung des Hindernisses, weil das Anlegen einer negativen Vorspannung –VAA an Anschluss 3 mit der daran angeschlossenen AQC inkompatibel ist.
  • Gemäß 6 ist ein detektierender Vergleicher 16 an den Punkt 11 angeschlossen, der auf eine hohe Spannung VAA mit Hilfe eines AC-Koppelnetzes 18 (an sich bekannt) vorgespannt ist, das den Impuls genau überträgt und den Durchgang von Gleichstrom verhindert. Es kann in 6 angemerkt werden, dass zwischen dem Anschluss 11 des Widerstands 7, mit dem anderen Ende mit dem auf die Spannung +VAA vorgespannten Schaltungsknoten 200 verbunden, und dem Eingang 17 des Vergleichers 16 ein Koppelkondensator 15 mit einer Kapazität Cc geschaltet ist und ein Koppelwiderstand 14 Rc zwischen den Eingang 17 des Vergleichers 16 und Masse geschaltet ist. Am Eingang 17 des Vergleichers 16 produziert der Lawinenstrom einen Spannungsimpuls durch die Filterung, die gegeben ist durch das Netz, das durch Rs, Cc und Rc gebildet wird. Diese Filterung weist eine Tiefpassgrenze entsprechend einer Integrationszeitkonstanten auf, gegeben durch: τk = (Rs//Rc//Rd)·Ck, wobei (Rs//Rc//Rd) der Wert des Widerstands ist, der sich aus der Parallelschaltung von Rs, Rc und Rd ergibt. Mit einem niedrigen Wert des Widerstands Rs und/oder Rc kann die Integrationszeitkonstante kleiner als oder zumindest gleich der Lawinenstromanstiegszeit gemacht werden, wodurch die Bedingung (A) wie in den zuvor betrachteten Fällen erfüllt wird. Die durch das Netz 18 gegebene Filterung produziert auch eine Hochpassgrenze entsprechend einer Differenzierungszeitkonstanten, die gegeben ist durch λ – (Rc + Rs//Rd)·Cc, wobei Rs//Rd der Wert des Widerstands ist, der sich aus der Parallelschaltung von Rs und Rd ergibt.
  • Gemäß der bekannten Technik muss der Wert der Differenzierungszeitkonstanten λ viel größer sein als die Dauer Iqa des von der SPAD erzeugten Impulses, damit der Impuls genau übertragen wird. Auf diese Weise liegt am Eingang 17 des Vergleichers 16 eine Kopie des Spannungsimpulses 115 am Punkt 11 in 4 vor, aber mit einer Basislinie bei Massespannung, und es ist somit möglich, die Bedingung (B) für den Schwellwert des Vergleichers zu erfüllen. Ein typisches Beispiel für eine Auswahl der Schaltungsparameterwerte eines bekannten AC-Netzes, das eine Differenzierungskonstante λ von etwa 30 Mikrosekunden erzeugen würde, ist nachfolgend gezeigt:
    Rs = 100 Ohm
    Rc = 500 Ohm
    Cc = 47 Nanofarad
  • Diese Lösung ist jedoch für den besagten Zweck ungeeignet, weil, wenn die Zählrate einige wenige Tausende Impulse pro Sekunde (kcps) übersteigt, eine progressiv zunehmende Verschlechterung der zeitlichen Präzision eintritt, wie in 7 dargestellt.
  • In 7(a) ist eine die Zeit anzeigende X-Achse und eine Y-Achse zu sehen, die die Spannung am Punkt 11 von 6 bei Vorliegen einer Sequenz von Impulsen 21, 22 und 23 vorliegt, die von der SPAD-Photodiode 1 erzeugt werden.
  • In 7(b) ist eine X-Achse zu sehen, die die Zeit anzeigt, wie in 7(a), und eine Y-Achse, die die Spannung nach der AC-Kopplung bei Punkt 17 von 6 bei Vorliegen der Impulse 24, 25 und 26 anzeigt, die den Impulsen 21, 22 und 23 entsprechen. In 7(b) kann angemerkt werden, dass die Differenzierung an jeden Impuls 24, 25 und 26 ein Ende mit entgegengesetzter Polarität 30, 31 und 32 und langer Dauer mit einer Fläche anhängt, die gleich dem Puls ist, und langsam abnehmender Amplitude, präzise mit exponentieller Abnahme mit der charakteristischen Zeitkonstanten λ der Differenzierung. Wenn die Impulse zeitlich zufällig verteilt sind, so ist zu sehen, dass entsprechend der Ankunftszeitpunkte 27, 28 und 29 der Impulse 24, 25 und 26 die Amplitude der Summe der Enden aufgrund der vorausgegangenen Impulse zufällig variabel ist und deshalb der Schwellwert 33 des Vergleichers 16 von den Impulsen an den Punkten 34, 35 und 36 gekreuzt wird, die sich auf unterschiedlichen Höhen entlang ihrer Vorderkante befinden, das heißt, sie wird mit einer Verzögerung im Vergleich zu dem Beginn des Impulses gekreuzt, die nicht konstant ist, sondern zusätzliche Verzögerungen mit zufällig fluktuierenden Werten enthält, entsprechend verschiedener Anteile der Impulsanstiegszeit. Die Anmelderin hat herausgefunden, dass eine radikal andere Auswahl von Werten der Schaltungskomponenten des Koppelnetzes 18 bei Wechselstrom die übertragene Impulsform bemerkenswert modifiziert, da sie die Differenzierungszeitkonstante λ des Netzes kürzer macht als die Dauer des Lawinenstromimpulses, wie in 8 dargestellt. Ein typisches Beispiel der Auswahl der Schaltungsparameterwerte gemäß der innovativen Technik, die eine Differenzierungskonstante λ von etwa 3 Nanosekunden erzeugt, ist folgendes:
    Rs = 100 Ohm
    Rc = 500 Ohm
    Cc = 4,7 Pikofarad
  • Bei dieser radikal anderen Auswahl der Schaltungskomponentenwerte des Netzes 18 wird die immer noch durch τk = (Rs//Rc//Rd)·Ck gegebene Integrationszeitkonstante der passiven Filterung kurz genug gemacht, damit die Bedingung (A) erfüllt wird, indem Rs und/oder Rc mit einem niedrigen Wert ausgewählt werden; gleichzeitig wird durch geeignetes Auswählen des Werts der Kapazität 15 des Koppelkondensators Cc die Differenzierungszeitkonstante λ = (Rc + Rs//Rd)·Cc eindeutig kürzer gemacht als die Dauer Tqa des Lawinenstromimpulses, wobei sie jedoch länger gehalten wird als die Anstiegszeit des Impulses. Wie bereits gesagt wurde, liegt die Dauer Tqa im Bereich von etwa 10 bis einigen Zehn Nanosekunden, und deshalb liegt der für die Differenzierungszeitkonstante λ anzunehmende Wert zwischen einer und einigen wenigen Nanosekunden.
  • 8 zeigt eine Reihe von Impulsen, die nach dem Einkoppeln von Wechselstrom am Punkt 17 der Schaltung von 6 erzeugt wird, gemäß erfinderischer Auswahl von Werten der Schaltungsparameter in dem Koppelnetz 18. 8(a) stellt die gleiche Sequenz von Impulsen dar, wie sie in 7(a) dargestellt sind.
  • In 8(b) ist eine wie in 8(a) die Zeit anzeigende X-Achse und eine Y-Achse, die die Spannung am Punkt 17 in 6 bei Vorliegen der Impulse angibt, zu sehen, die, mit der erfindungsgemäßen Auswahl von Werten der Schaltungsparameter in dem Koppelnetz 18, nach dem Einkoppeln von Wechselstrom den Impulsen 21, 22 und 23 entspricht. In 8(b) ist zu sehen, dass nach dem Koppelnetz entsprechend der Vorderkante jedes von der SPAD 21, 22 und 23 erzeugten Impulses ein kurzer exponentieller Impuls erzeugt wird 37, 38 und 39, der eine Vorderkante aufweist, die praktisch die gleiche ist wie die des von der SPAD erzeugten Impulses, gefolgt von einem schnellen exponentiellen Abklingen mit der Zeitkonstanten λ. Es ist dann weiterhin ersichtlich, dass entsprechend der Hinterkante jedes von der SPAD 21, 22 und 23 erzeugten Impulses ein Sekundärimpuls erzeugt wird, der praktisch gleich dem Impuls entsprechend der Vorderkante ist, aber mit entgegengesetzter Polarität 43, 44, 45.
  • Weiterhin ist zu sehen, dass angesichts des kleinen Werts der Zeitkonstanten λ der Sekundärimpuls entgegengesetzter Polarität bis zu einer vernachlässigbaren Amplitude in einer kurzen Zeit abnimmt, die so kurz gestaltet werden kann, dass sie von der endlichen Todzeit vollständig bedeckt wird, die in allen bekannten AQC auf jeden Lawinenimpuls folgt und eine Dauer von mindestens 30 Nanosekunden besitzt, je nach der Arbeitsweise der AQC. Folglich ist zu sehen, dass entsprechend den Ankunftszeiten 40, 41 und 42 der Impulse 37, 38 und 39 die Basislinie nicht durch Enden aufgrund von vorausgegangenen Impulsen verschoben wird und dass deshalb der Schwellwert 33 des Vergleichers 16 von den Impulsen an Punkten 46, 47 und 48 gekreuzt wird, die auf der gleichen Höhe entlang der Vorderkante liegen, dass sie immer mit der gleichen Verzögerung bezüglich des Anfangs des Impulses gekreuzt wird, und es gibt keine zusätzlichen Verzögerungen mit fluktuierendem Wert.
  • Zusätzlich zu dem, was bereits gesagt wurde, ist die Auswahl von Werten der Schaltungskomponenten von 6 bevorzugt so, dass ein niedriger Schwellwert des Vergleichers 16 auf einem Pegel definiert wird, der einem Lawinenstrom der SPAD 1 von etwa 200 Mikroampere oder weniger entspricht. Auf diese Weise wird der Auslöseschwellwert des Vergleichers von dem ersten Teil des Anstiegs des Lawinenstromimpulses gekreuzt, in dem die Eigenfluktuationen kleiner sind.
  • Die vorliegende Erfindung kann mit Varianten in der Schaltungskonfiguration implementiert werden, die sich jeder Schaltungsdesigner mit normalen Fertigkeiten ausdenken kann und von denen einige Fälle hiermit als nicht einschränkende Beispiele hervorgehoben sind.
  • Das Koppelnetz im Wechselstrom 18 mit kapazitiver Kopplung, hergestellt aus Widerständen und Kondensatoren gemäß der erfindungsgemäßen Auswahl von Werten, kann durch andere lineare Netze aus anderen Komponenten ersetzt werden, die die gleiche Übertragungsfunktion bereitstellen, das heißt, die eine Tiefpassfilterung (ungefähre Integration) und eine Hochpassfilterung (ungefähre Differenzierung) mit wie beschrieben ausgewählten Parameterwerten erzeugen.
  • Eine mögliche Variante, die anstelle einer kapazitiven Kopplung eine induktive Kopplung verwendet, ist in 9 gezeigt.
  • Es ist in 9 zu sehen, dass das Koppelnetz im Wechselstrom 19 anstelle des Kondensators 15 Cc von 6 zwei gekoppelte Induktionsspulen 50 und 51 mit gegenseitiger Induktanz Mc verwendet. Es ist ersichtlich, dass die erste Induktanz, die zwischen Kathode 2 und dem an die Vorspannung +VAA angeschlossenen Schaltungsknoten 200 geschaltet ist, in Reihe mit dem Signalwiderstand Rs geschaltet ist, und dass die zweite Induktionsspule, die zwischen den Eingang 17 des Vergleichers und Masse geschaltet ist, parallel zu dem Widerstand 14 der Kopplung Rc geschaltet ist. Die gegenseitig gekoppelten Induktionsspulen mit für die Aufgabe geeigneten Charakteristiken können mit zwei gekoppelten Wicklungen aus einigen wenigen Windungen hergestellt werden, die eine geringe Streukapazität und eine schwache induktive Kopplung aufweisen, nur bei hohen Frequenzen effizient. Indem Vorstellungen der bekannten Elektroniktechnik verwendet werden, kann das besagte induktive Koppelnetz so ausgelegt werden, dass es eine Hochpassgrenze mit Differenzierungszeitkonstante mit einem Wert zwischen einem und einigen wenigen Nanosekunden, wie oben gesagt, und eine Tiefpassgrenze bei ausreichend hoher Frequenz, wie oben gesagt, implementiert.
  • Die SPAD-Photodiode kann mit einer negativen Versorgungsspannung –VAA anstelle einer positiven vorgespannt werden, wodurch die negative Spannung –VAA an den Schaltungsknoten 200 in 6 oder 7 angelegt wird und gleichzeitig zwischen ihnen die Verbindungen von Kathode 2 und Anode 3 invertiert werden, das heißt, die Kathode 2 an die AQC (aktive Löschschaltung) und die Anode 3 an den auf Spannung –VAA vorgespannten Anschluss angeschlossen wird. Die Polaritätsänderung der Vorspannung bewirkt natürlich die Polaritätsänderung auch der Signale bezüglich dessen, was bereits beschrieben wurde.
  • Der an die AQC angeschlossene Anschluss der SPAD-Photodiode kann ebenfalls auf eine positive oder negative Spannung vorgespannt werden, die von Masse verschieden ist, und zwar mit einem Wert innerhalb des Bereichs, der von den Schaltungen gestattet wird, die die AQC bilden.
  • Es kann angemerkt werden, dass ein Koppelnetz im Wechselstrom mit gemäß der vorliegenden Erfindung ausgewählten Parameterwerten den Vorzug hat, dass es sich für den Einsatz in allen Lawinenlöschschaltungskonfigurationen für SPAD-Photodioden eignet, die in der technischen und wissenschaftlichen Literatur beschrieben sind, und zwar sowohl mit aktivem Löschen als auch mit passivem Löschen.

Claims (9)

  1. Photodiodendetektor vom SPAD-Typ, der eine SPAD-Photodiode (1) enthält, der auf ein auftreffendes Photon mit der Erzeugung eines Lawinenstromimpulses (112) reagiert, wobei die SPAD-Photodiode (1) einen auf eine hohe Spannung (VAA) vorgespannten ersten Anschluss (2) und eine aktive Löschschaltung (13), die zwischen einem zweiten Anschluss (3) des SPAD (1) und Masse geschaltet ist, aufweist, um den Lawinenimpuls zu löschen und Lawinenimpulssignale herauszunehmen und zu zählen, dadurch gekennzeichnet, dass er weiterhin folgendes umfasst: eine an den ersten Anschluss (2) des SPAD (1) angeschlossene Ausgangsschaltung (18, 19) zum Extrahieren des Lawinenstromimpulses und Detektieren und Messen der Ankunftszeit des auftreffenden Photons und einen an einen Ausgangspunkt (17) der Ausgangsschaltung (18, 19) angeschlossenen Vergleicher (16), wobei die Ausgangsschaltung (18, 19) aus einem AC-Filternetz (18, 19) besteht, das zum Erzeugen eines Ausgangssignals mit einer Anstiegszeit der Vorderkante, die fast so schnell ist wie die Eigenanstiegszeit des Lawinenstromimpulses innerhalb des SPAD (1), deshalb in einem Zeitbereich von einigen wenigen zehn Picosekunden bis einige Nanosekunden liegt, und mit einer Gesamtdauer in einem Zeitbereich von einigen Nanosekunden bis einigen zehn Nanosekunden, eine in Richtung hoher Frequenzen abgeschnittene Tiefpassfrequenz aufweist, wobei die charakteristische Grenzfrequenz bevorzugt einem einfachen Pol entspricht, das heißt einer einfachen Integrationszeitkonstanten (τk), und einer in Richtung niedriger Frequenzen abgeschnittenen Hochpassfrequenz, wobei die charakteristische Grenzfrequenz bevorzugt einem einfachen Pol entspricht, das heißt einer einfachen Differenzierungszeitkonstanten (λ), wobei die Hochpassgrenzfrequenz unter der Tiefpassgrenzfrequenz liegt und kleiner ist als die Bandbreitengrenze des Lawinenstromimpulses (112), aber größer ist als der durch den Kehrwert der Dauer (Tqa) des Lawinenstromimpulses (112) bestimmte Wert, so dass die Differenzierungszeitkonstante (λ) größer ist als die Integrationszeitkonstante (τk) und die Anstiegszeit des Lawinenstromimpulses (112), aber kleiner ist als die Dauer (Tqa) des Impulses (112).
  2. Detektor vom SPAD-Typ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der Tiefpassgrenzfrequenz des AC-Filternetzes (18, 19) größer ist als die Bandbreitengrenze des Lawinenstromimpulses (112) oder zumindest gleich dieser, so dass die Integrationszeitkonstante (τk) kleiner ist als die Anstiegszeit des Lawinenstromimpulses (112) oder zumindest gleich groß wie diese ist.
  3. Detektor vom SPAD-Typ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das AC-Filternetz (18) aus einem Vorwiderstand (7), der zwischen den ersten Anschluss (2) der SPAD-Photodiode (1) und eine Hochspannungsversorgungsleitung (200) geschaltet ist, und einem Koppelkondensator (15) und Widerstand (14) besteht, der zwischen den ersten Anschluss (2) der SPAD-Photodiode (1) und Masse geschaltet ist, so dass die Differenzierungszeitkonstante (λ) durch das Produkt des Koppelkondensators (15) mal dem Ergebnis der Summe des Koppelwiderstands (14) mit der Parallelschaltung aus dem Vorwiderstand (7) und dem Innenwiderstand (Rd) der SPAD-Photodiode (1) gegeben ist und die Integrationszeitkonstante (τk) durch das Produkt der Gesamtkapazität (10) zwischen dem ersten Anschluss (2) der SPAD-Photodiode (1) und Masse gegeben ist durch das Ergebnis der Parallelschaltung der Koppelwiderstände (14) mit dem Vorwiderstand (7) und dem Innenwiderstand (Rd) der SPAD-Photodiode (1).
  4. Detektor vom SPAD-Typ nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzierungszeitkonstante (λ) in einem Zeitbereich zwischen 1 Nanosekunde und einigen wenigen Nanosekunden enthalten ist.
  5. Detektor vom SPAD-Typ nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Integrationszeitkonstante (τk) eine Zeitdauer kleiner oder gleich einer Nanosekunde aufweist.
  6. Detektor vom SPAD-Typ nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das AC-Filternetz (19) gebildet wird durch einen Vorwiderstand (7), der in Reihe mit einer ersten Induktionsspule (50) und mit dem ersten Anschluss (2) der SPAD-Photodiode (1) und einer Hochspannungsversorgungsleitung (200) geschaltet ist, durch eine zweite Induktionsspule (51), die gegenseitig mit der ersten Induktionsspule (50) gekoppelt ist und zwischen den Eingang (17) des Vergleichers (16) und Masse geschaltet ist, und durch einen Koppelwiderstand (14), der parallel zu der zweiten Induktionsspule (51) geschaltet ist.
  7. Detektor vom SPAD-Typ nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gekoppelten Induktionsspulen (50, 51) und die Vor- und Koppelwiderstände (7, 14) derart mit Werten ausgelegt sind, dass die Differenzierungszeitkonstante (λ) in einem Zeitbereich zwischen 1 Nanosekunde und einigen wenigen Nanosekunden enthalten ist.
  8. Detektor vom SPAD-Typ nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gekoppelten Induktionsspulen (50, 51) und die Vor- und Koppelwiderstände (7, 14) derart mit Werten ausgelegt sind, dass die Integrationskonstante (τk) eine Zeitdauer kleiner oder gleich einer Nanosekunde aufweist.
  9. Detektor vom SPAD-Typ nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleicher (16) vorgespannt ist, um einen niedrigen Schwellwert zu definieren, der von dem Anfangsteil des Anstiegs des Lawinenstromimpulses (112) gekreuzt wird, wo die Eigenfluktuationen kleiner sind.
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