Режимом счета фотонов называется регистрация слабых световых сигналов, при которой подсчитывается количество поглощенных фотонов. Некоторые виды фотодетекторов настолько чувствительны, что позволяют обнаружить единичные фотоны, давая возможность регистрировать отдельные поглощения фотона, а не интенсивность оптической энергии. Кроме того, можно зарегистрировать совпадения между двумя или несколькими фотодетекторами, что важно для многих экспериментов в квантовой оптике.
Детекторы для счета фотонов имеют характерные свойства, которые несколько отличаются от других фотодетекторов. К наиболее важным из этих свойств относится минимальный уровень регистрируемого сигнала, максимальная скорость счета, квантовая эффективность, временное колебание.
Минимальный уровень регистрируемого светового сигнала определяется темновым счетом. Из-за нагрева фотодетектора происходит увеличение темнового счета, и данная проблема решается путем охлаждения детектора. В какой-то мере, этому также способствует уменьшение активной области фотодетектора. Максимальная скорость счета определяется скоростью детектора или соответствующей электроникой для обработки снимаемого с фотодетектора сигнала. Регистрация фотонов с малой квантовой эффективностью (т.е. теряя много фотонов), вносит шум, который мешает обнаружению на уровне квантового шума. Временное колебание представляет собой неопределенность во времени зарегистрированных фотонов.
Классическим способом обнаружения единичных фотонов является использование традиционных фотоэлектронных умножителей или модулей ФЭУ с интегрированным источником питания, предварительным усилителем и платой счета фотонов. При использовании охлаждения фотокатода фотоэлектронные умножители могут иметь очень низкие темновые скорости счета и квантовую эффективность, достигающую в видимом спектральном диапазоне десятков процентов.
Помимо традиционных фотоэлектронных умножителей в качестве твердотельной альтернативы для счета фотонов применяются кремниевые фотоумножители и модули кремниевых фотоумножителей с интегрированной платой питания/предварительного усиления и термоэлектрическим охлаждением. Кремниевые фотоумножители имеют высокий коэффициент усиления и квантовую эффективность сравнимую с характеристиками фотоэлектронных умножителей и обладают дополнительными преимуществами в виде компактных размеров, нечувствительности к воздействию магнитных полей, низким напряжением питания, механической прочностью и стойкостью к внешней засветке.
