單光子探測將單光子激發的單個光電子訊號放大，透過脈衝甄別和數字計數等技術識別提取極弱光電子訊號，達到光電探測的超靈敏極限。高效率單光子測控由於其巨大科研價值和重要戰略地位已成為近年國際上最活躍的前沿領域之一，不僅是現代資訊科學、精密測量、量子技術、超靈敏探測等高新技術的迫切需要，其自身迅猛發展帶來了系列化原理和概念的突破，已形成一個新學科分支：單光子測控物理學，正持續地推動分子電子學、表面等離子激元學、紅外光子學等以及相關高新技術發展。

1/3高解析度的光譜測量：

利用單光子探測技術，可極大提高光譜測量的靈敏度和精確性，靈敏度提高3-4個數量級，可實現對微量物質成分的光譜分析，使化學成分檢測和安全檢查等系統達到超高靈敏度。

2/3生物發光：

生物發光是一種微弱的準連續光子輻射現象。利用單光子探測技術能對生物發光進行有效探測，可用於分析生物體內特別體系的功能以及細胞的代謝或破壞過程，還能有效的推動現代醫學對於腦功能和基因工程的研究。

3/3光纖感測：

光纖感測工作頻頻寬、動態範圍大、適合遙測遙控、可低損耗傳輸，利用單光子探測技術可極大地提高光纖感測的靈敏度和監控長度，對輸油管道和海底光纜的安全監控、大型建築的火災報警、海岸線或邊境安全等領域具有重大意義。