Il laboratorio ha svolto attività pionieristica e raggiunto una posizione di leader riconosciuto a livello internazionale nello sviluppo dei rivelatori microelettronici SPAD “Single Photon Avalanche Diode” e dell’elettronica associata. Ha introdotto il concetto di “active-quenching circuit” AQC, che ha aperto la strada all'applicazione pratica di questi rivelatori e per la prima volta si è sviluppato AQC integrati monolitici, essenziali per la realizzazione di sistemi analitici miniaturizzati basati su matrici di rivelatori. Ha realizzato varie generazioni SPAD in silicio (entrambi a singolo pixel e matrici) con strutture originali e innovative, producendo i dispositivi sia con processi planari su misura (in particolare presso l'Istituto CNR di Microelettronica e Microsistemi, Bologna) sia con processi CMOS standard. In particolare l’impiego di processi CMOS ha permesso l’integrazione di elettronica di elaborazione insieme al sensore, garantendo lo sviluppo di complessi sistemi per l’acquisizione di immagini con sensibilità a livello di singolo fotone e in grado di misurare il tempo di arrivo dei fotoni con risoluzione di decine di picosecondi. Per estendere la sensibilità nel campo spettrale infrarosso (oltre 1 micron), il laboratorio ha sviluppato rivelatori di singoli fotoni in Germanio e InGaAs/InP. E’ stato progettato e sviluppato un nuovo SPAD in InGaAs/InP ad alte prestazioni ed è stata sviluppata l’elettronica per il suo utilizzo. In particolare, grazie all’abilitazione rapida con segnali a GHz è stato sviluppato un sistema in grado di ridurre drasticamente il principale collo di bottiglia di questi fotorivelatori (l’afterpulsing) e di raggiungere tassi di conteggio superiori a 100 Mcps.

Il laboratorio ha lavorato ad applicazioni diversificate di SPAD (sia singoli pixel che matrici), per diversi ambiti: sistemi micro- e nanoanalitici (per analisi di DNA e proteine, per molecular imaging, per spettroscopia risolta temporalmente nel vicino infrarosso, ecc.), misure 3D (per la prevenzione degli incidenti stradali, per il monitoraggio delle foreste, ecc.), quantum information (crittografia quantistica, quantum computing, ecc.), per il testing ottico dei circuiti integrati VLSI.