混合型单光子探测器由光电阴极、电子加速系统和硅雪崩二极管组成。光阴极发射的光电子通过强电场加速向雪崩二极管移动，并直接注入二极管材料中。

当电子撞击雪崩二极管时，它会在硅中产生大量的电子-空穴对。这些载流子被雪崩二极管的线性增益进一步放大。总增益约为 10^6，即足以在雪崩二极管的输出端产生可检测的电流脉冲。

对于TCSPC而言，光电阴极和APD之间的高加速电压导致低传输时间扩散非常重要。当加速电压为8 kV时，电子飞行时间的传输时间扩散小于20 ps。因此，混合探测器与TCSPC结合使用可提供非常好的时间分辨率。事实上，电子放大系统的固有时间抖动非常低，以至于混合探测器的时间仪器响应函数（IRF）主要由光电电子在光电阴极中的停留时间决定。配备GaAsP光电阴极的探测器可提供约90至120 ps的IRF（全宽为半最大值，fwhm），采用GaAs光电阴极的探测器可提供120至200 ps fwhm的IRF。双碱和多碱阴极没有明显的电子停留时间。使用bh TCSPC设备，这种探测器可提供16至20 ps fwhm的IRF宽度。

与传统的PMT相比，混合型PMT在计数效率方面也具有优势。在传统的光电倍增管中，一小部分光电子在电子倍增系统的第一个打拿极上丢失。混合PMT中没有这样的损失：加速到8 keV能量的光电子几乎肯定会在雪崩二极管中产生载流子雪崩。使用高效GaAsP阴极时，混合光电倍增管的效率达到单光子雪崩光电二极管（SPAD）的效率，但阴极面积要大几个数量级。

混合探测器最显著的优势直到最近才被认识到：混合型PMT几乎没有后脉冲。后脉冲是高重复率TCSPC应用中计数背景的主要来源，也是荧光相关（FCS）测量中的一个已知问题。没有后脉冲可帮助用户在高动态范围记录荧光衰减，以及使用单个探测器无伪影记录自相关FCS。

BH率先认识到混合型探测器在TCSPC应用中的潜力。BH也是很早就通过将探测器管、高压发生器和低噪声前置放大器组合在一个完美屏蔽的金属外壳中，使探测器适用于TCSPC的公司。