Uno strumento noto come Single Photon Avalanche Diode, o SPAD per brevità, permette ai ricercatori e agli scienziati di svolgere il loro lavoro. Tra le altre cose, essi possono rilevare quantità estremamente piccole di luce con alta precisione. Quindi, in questo articolo, conosceremo gli SPAD, ovvero i Diodi ad Avalanchia Singola Fotone: cosa sono, perché sono importanti e in quali campi vengono utilizzati. Ma prima di farlo, esploriamo il affascinante mondo della rilevazione della luce!
La S in SPAD sta per Single photon avalanche diode, che è il nome di un dispositivo specifico utilizzato per misurare la luce. Questa energia viene convertita da un fotone, (un piccolo pezzo di luce), in un segnale elettrico che possiamo quindi leggere. Le SPAD sono diverse dai rilevatori di luce comuni; esse possono rilevare un singolo fotone! Ciò significa anche che sono incredibilmente sensibili e in grado di rilevare la luce a livelli che altri dispositivi ignorerebbero.
Per capire come funzionano i SPAD, dobbiamo esaminare un fenomeno noto come effetto valanga. Ogni volta che un singolo fotone collide con il diodo, genera un piccolo impulso elettrico. Quel segnale ridotto può poi causare una molto più grande "valanga" di segnali, in modo da poter osservare e misurare meglio la luce. Questo processo unico consente ai SPAD di rilevare bit singoli di luce con estrema precisione, fornendo agli scienziati e ad altri uno strumento incredibilmente potente per la ricerca.
Utilizza ancora la luce, ma in un modo molto astuto e sofisticato — la crittografia quantistica. Qui, i SPAD sono così importanti perché possono rilevare questi bit di luce contenenti informazioni segrete. Mentre potresti pensare che sia meglio inviare un messaggio in privato. Se qualcuno cerca di visualizzare queste informazioni in modo nascosto, la luce cambierà in modo anomalo tale che solo i SPAD possono rilevarlo. È una misura di sicurezza che impedisce a chiunque voglia rubare le informazioni in questione di acquisirle in questo modo. Ed è per questo che i SPAD sono fondamentali per la sicurezza di quei dati più importanti.
Tenendo questo in mente, i SPAD potrebbero consentirci di scattare una foto velocemente quando non c'è molta luce disponibile, il che potrebbe essere incredibilmente significativo per varie applicazioni. Essere in grado di vedere le particelle di luce singole li rende anche potenzialmente trasformativi per la fotografia, il che potrebbe influenzare il modo in cui percepiamo e registriamo il mondo. Ad esempio, nel campo della scienza spaziale, dove i SPAD possono essere usati per immaginare stelle lontane e deboli. Hanno la capacità di trovare piccole cellule o tumori nella sanità, il che facilita la diagnosi precoce. Questo potrebbe permettere ricerche ed abilitare tecnologie catturando immagini nitide a bassa luce più velocemente di prima.
Biofotonica... Oscillazione della luce in ambito biologico... Studio di ciò che è vivente utilizzando la luce. La biofotonica utilizza un metodo ben consolidato noto come microscopia a fluorescenza. Questo metodo illumina determinati punti delle cellule in modo che gli scienziati possano vederle meglio. Inoltre, per questo tipo di lavoro, i SPAD sono ideali poiché possono discriminare contro la luce di fondo indesiderata. I ricercatori dell'UC San Diego hanno sviluppato C-Flow per ripristinare i dati grezzi delle immagini in video per l'analisi - un processo che prevede il filtraggio di tutto ciò che assomiglia a rumore. Ad esempio, nella microscopia a fluorescenza, i SPAD consentono agli scienziati di comprendere come funzionano le cellule e interagiscono con il loro ambiente.
Quando si considera che — la luce visibile è solo una piccola frazione di tutti i diversi tipi di radiazione elettromagnetica, e anche all'interno di questo intervallo scomodo (lo “spettro visibile”) ci sono limiti a ciò che possiamo vedere perché i nostri occhi contengono molecole specializzate che rilevano i fotoni, ma questi rilevatori ottici nel tempo sono evoluti per essere sensibili principalmente o esclusivamente a certi colori.
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