在摄影技术的历史长河中，人类不断挑战着感知的极限——从记录瞬间到捕捉动态，从呈现色彩到描绘暗夜。而
单光子相机的出现，则将这一极限推向了高峰：它能够探测到单个光子，成为人类窥探微观世界和极暗环境的“最终之眼”。这不仅是技术上的飞跃，更开启了科学研究与应用的新纪元。
要理解单光子相机的神奇之处，首先要了解其核心原理。它与传统相机有本质区别。传统相机基于光电效应，需要大量光子同时撞击传感器像素才能产生一个可测量的电信号，从而形成图像。在光线微弱时，信号强度低于传感器噪声，图像便无法形成。而它的核心是单光子雪崩二极管（SPAD）阵列。每个SPAD像素都工作在远高于其击穿电压的“盖格模式”下。此时，即便只有一个光子击中它，也会立即引发一场可控的、像雪崩一样的电荷链式反应，产生一个巨大且易于识别的电脉冲。通过精密电路记录下这个脉冲，就相当于确认了一次单个光子的到达。将成千上万个SPAD像素组成的阵列获取的信号进行整合与计算，便能“拼凑”出一幅即使在近乎黑暗条件下也能清晰成像的图片。
单光子相机的强大功能，源于其对光极限探测能力所衍生出的三大特性：
1.较高的灵敏度：这是其最直接的优势。它能够在天文观测中捕捉来自遥远星系的微弱星光，在生物荧光成像中追踪单个生物分子发出的极其微弱的光，或在安全监控领域于伸手不见五指的深夜看清目标。
2.较佳的时间分辨率：SPAD不仅能记录“是否”有光子到达，还能以皮秒的精度记录光子到达的“精确时间”。这项“飞行时间”测量技术，使得它能够绘制出目标物体的三维深度信息，创造出具有细节和精度的三维模型，在自动驾驶、文物修复等领域潜力巨大。
3.穿透散射介质成像：在雾、烟霾或生物组织等散射介质中，传统光学成像会因光线被随机散射而变得模糊。单光子相机通过只捕捉最早到达的、未经散射的“直射光子”，并忽略那些因散射而延迟到达的光子，可以有效“看穿”这些障碍，为医学诊断和恶劣天气下的自动驾驶提供了可能。
综上所述，单光子相机凭借其独特的SPAD技术原理，实现了对单个光子的探测与计时，从而赋予了它超越传统成像技术的极限灵敏度、时间分辨和抗散射能力。从探索宇宙深空到解析生命微观，从保障自动驾驶安全到推动量子通信发展，这只“最终之眼”正以其洞悉光之极限的能力，为我们打开一扇通往全新感知世界的大门。
