Kann ich mit den CMOS- oder CCD-Sensoren der Webcam ein einzelnes Photon einfangen?

Ich dachte, es wäre schön, einzelne Photonen aufgrund der Einfachheit mit dem Sensor einer Webcam zu erfassen.

Ich habe gelesen, dass CCD- und CMOS-Sensoren einen bestimmten Prozentsatz an Quanteneffizienz haben. Was ist mit den Sensoren der Webcam? Ist es möglich, einzelne Photonen, die von einem Laser stammen, mit einer Webcam einzufangen?

Sie können einzelne Photonen mit einem dunklen Stück Pappe "einfangen", Sie werden nur nicht erkennen können, dass Sie sie bekommen haben. Dasselbe gilt für einen Low-End-Sensor, der im besten Fall einen Rauschpegel von wahrscheinlich 10 Photonen hat. Eine wirklich gute Consumer-Kamera ist etwas weniger als das. Wenn Sie auf 2-3 Photonen gehen möchten, müssen Sie den Sensor kühlen. Für einzelne Photonen benötigen Sie wirklich PMTs oder Mikrokanalplatten-Bildverstärker.
Ich habe mir gerade den Markt für Einzelphotonen-CCD-Kameras angesehen und es scheint, dass es inzwischen mehrere Marken von im Handel erhältlichen CCDs gibt < 1 e − Ausleserauschen und 90 % Quanteneffizienz, was eine Möglichkeit ist, Sie dorthin zu bringen, wo Sie hinwollen. Diese Kameras werden auf ca. -100 Grad Celsius intern und sie haben hochoptimierte CCD-Sensoren, die Ihnen sagen, was Sie tun müssen, um dorthin zu gelangen.

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Erstens verwenden Webcams CCD- oder CMOS-Sensoren, normalerweise der jeweils billigste Chip.

Sie können Photonen einfangen, aber nicht zuverlässig. Mit anderen Worten, für jedes Photon, das Sie einfangen, werden Ihnen mehrere entgehen. Es wird auch ein Rauschsignal geben, das typischerweise vielen Photonen entspricht,

Betrachten Sie einen CCD-Sensor. Wenn ein Photon ankommt, kann es erfolgreich ein Elektron anregen, das dann in einer Vertiefung gefangen wird. Trifft es hingegen an einer falschen Stelle auf den Sensor oder wird es nicht nahe genug an der Vertiefung absorbiert, geht sein Elektron verloren und hinterlässt kein Signal. Gleichzeitig wird es Elektronen geben, die durch zufällige thermische Anregung in einem Schacht landen, obwohl kein Photon da war. Dies wird als Dunkelstrom bezeichnet und fügt dem Bild Rauschen hinzu. Sie kann durch Kühlung des Sensors reduziert werden. Der Sensor muss außerdem die in der Vertiefung eingefangenen Elektronen in ein elektrisches Signal umwandeln. Dieser Prozess fügt auch Rauschen hinzu.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern, aber alle kosten Geld. Verdünnte Back-Illuminated CCDs verbessern zum Beispiel die Photonen-Sammeleffizienz. Ein intensivierter CCD-Imager , genannt ICCD, verstärkt das Lichtsignal, bevor es den CCD-Sensor erreicht. Eine elektronenvervielfachende CCD oder EMCCD hat einen elektrischen Verstärker, der besser auf einzelne Elektronen anspricht.

Die Technologie hat sich seit der Veröffentlichung dieser Frage erheblich weiterentwickelt. Die Skipper-CCD-Technologie implementiert einen rekursiven, zerstörungsfreien Ausleseverstärker, der ein Ausleserauschen von Subelektronenladungen mit Einzelphotonenempfindlichkeit und hoher Detektionseffizienz (über der Silizium-Bandlückenenergie) ermöglicht. Weitere Einzelheiten finden Sie in diesem Dokument https://arxiv.org/abs/1706.00028

Kann ich mit den CMOS- oder CCD-Sensoren der Webcam ein einzelnes Photon einfangen?
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