Un outil appelé Diode à Avalanche par Photon Unique, ou SPAD pour faire court, permet aux chercheurs et scientifiques de mener leurs travaux. Ces dispositifs peuvent, entre autres choses, détecter des quantités extrêmement faibles de lumière avec une grande précision. Dans cet article, nous allons donc découvrir les SPADs, c'est-à-dire les Diodes à Avalanche par Photon Unique : qu'est-ce que ce sont, pourquoi sont-elles importantes et dans quels domaines ou champs d'application elles sont utilisées. Mais avant cela, explorons le fascinant monde de la détection de la lumière !
Le S dans SPAD signifie Single photon avalanche diode, qui est le nom d'un dispositif spécifique utilisé pour mesurer la lumière. Cette énergie est convertie à partir d'un photon, (une petite particule de lumière), en un signal électrique que nous pouvons ensuite lire. Les SPADs sont différents des détecteurs de lumière ordinaires ; ils peuvent détecter un seul photon ! Cela signifie également qu'ils sont extrêmement sensibles et capables de détecter la lumière à des niveaux que d'autres appareils ignoreraient.
Pour comprendre comment les SPADs fonctionnent, il faut examiner un phénomène appelé l'effet avalanche. Chaque fois qu'un photon unique entre en collision avec la diode, il génère une petite impulsion électrique. Ce faible signal peut ensuite provoquer une bien plus grande « avalanche » de signaux, ce qui nous permet de mieux observer et mesurer la lumière. Ce processus unique permet aux SPADs de détecter des particules de lumière individuelles avec une extrême précision, offrant ainsi aux scientifiques et à d'autres un outil incroyablement puissant pour la recherche.
Il utilise encore la lumière, mais d'une manière très astucieuse et hautement sophistiquée — la cryptographie quantique. Ici, les SPADs sont si importants parce qu'ils peuvent détecter ces faibles bits de lumière contenant des informations secrètes. Alors que vous pourriez penser qu'il vaut mieux envoyer un message de manière privée. Si quelqu'un essaie de consulter ces informations en douce, la lumière changera de manière anormale, de telle sorte que seuls les SPADs puissent la détecter. C'est une mesure de sécurité qui empêche toute personne cherchant à voler les informations concernées de les obtenir de cette façon. Et c'est aussi pourquoi les SPADs sont très nécessaires pour la sécurité de ces données les plus importantes.
Avec cela en tête, les SPADs pourraient simplement nous permettre de prendre une photo rapidement lorsque peu de lumière est disponible, ce qui pourrait être incroyablement significatif pour diverses applications. Pouvoir voir des particules de lumière individuelles les rend également potentiellement transformateurs pour la photographie, ce qui pourrait avoir un impact sur la manière dont nous percevons et enregistrons le monde. Par exemple, dans le domaine des sciences de l'espace où les SPADs peuvent être utilisés pour imaging des étoiles lointaines et faibles. Ils ont la capacité de détecter de petites cellules ou des tumeurs dans le domaine de la santé, facilitant ainsi leur détection précoce. Cela pourrait permettre des recherches et rendre possibles des technologies en capturant des images nettes en faible lumière plus rapidement que jamais auparavant.
La biophotonique… Oscillation de la lumière en biologie… Étude des choses vivantes à l'aide de la lumière. La biophotonique utilise une méthode bien établie appelée microscopie par fluorescence. Cette méthode illumine certains points des cellules afin que les scientifiques puissent mieux les voir. De plus, pour ce type de travail, les SPADs sont idéaux car ils peuvent discriminer contre la lumière de fond indésirable. Les chercheurs de l'UC San Diego ont développé C-Flow pour restaurer les données brutes des images en vidéos pour analyse — un processus qui implique de filtrer tout ce qui ressemble au bruit. Par exemple, en microscopie par fluorescence, les SPADs permettent aux scientifiques de comprendre comment les cellules fonctionnent et interagissent avec leur environnement.
Lorsque l'on considère que — la lumière visible ne représente qu'une très petite fraction de tous les différents types de rayonnement électromagnétique, et même dans cette plage étroite et peu pratique (le « spectre visible »), il existe des limites à ce que nous pouvons voir car nos yeux contiennent des molécules spécialisées qui détectent les photons, mais ces détecteurs photoniques ont évolué avec le temps pour être sensibles principalement ou exclusivement à certaines couleurs.
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