Kvantovémikrovlnná optikatechnológia
Mikrovlnná optická technológiasa stala silnou oblasťou, ktorá kombinuje výhody optickej a mikrovlnnej technológie v spracovaní signálov, komunikácii, snímaní a ďalších aspektoch. Konvenčné mikrovlnné fotonické systémy však čelia niektorým kľúčovým obmedzeniam, najmä pokiaľ ide o šírku pásma a citlivosť. Aby sa tieto výzvy prekonali, výskumníci začínajú skúmať kvantovú mikrovlnnú fotoniku – vzrušujúcu novú oblasť, ktorá kombinuje koncepty kvantovej technológie s mikrovlnnou fotonikou.
Základy kvantovej mikrovlnnej optickej technológie
Jadrom kvantovej mikrovlnnej optickej technológie je nahradiť tradičnú optickú...fotodetektorvmikrovlnný fotónový spojs vysoko citlivým jednofotónovým fotodetektorom. To umožňuje systému pracovať pri extrémne nízkych úrovniach optického výkonu, dokonca až na úroveň jedného fotónu, a zároveň potenciálne zvýšiť šírku pásma.
Typické kvantové mikrovlnné fotónové systémy zahŕňajú: 1. Zdroje jednotlivých fotónov (napr. zoslabené lasery 2.Elektrooptický modulátor1. na kódovanie mikrovlnných/RF signálov 2. Komponent na spracovanie optického signálu 3. Detektory jednotlivých fotónov (napr. detektory supravodivých nanodrôtov) 4. Elektronické zariadenia s časovo závislým počítaním jednotlivých fotónov (TCSPC)
Obrázok 1 zobrazuje porovnanie medzi tradičnými mikrovlnnými fotónovými spojmi a kvantovými mikrovlnnými fotónovými spojmi:
Kľúčovým rozdielom je použitie detektorov jednotlivých fotónov a modulov TCSPC namiesto vysokorýchlostných fotodiód. To umožňuje detekciu extrémne slabých signálov a zároveň posúva šírku pásma za hranice tradičných fotodetektorov.
Schéma detekcie jedného fotónu
Schéma detekcie jednotlivých fotónov je veľmi dôležitá pre kvantové mikrovlnné fotónové systémy. Princíp fungovania je nasledovný: 1. Periodický spúšťací signál synchronizovaný s meraným signálom sa odosiela do modulu TCSPC. 2. Detektor jednotlivých fotónov vysiela sériu impulzov, ktoré predstavujú detekované fotóny. 3. Modul TCSPC meria časový rozdiel medzi spúšťacím signálom a každým detekovaným fotónom. 4. Po niekoľkých spúšťacích slučkách sa vytvorí histogram času detekcie. 5. Histogram dokáže rekonštruovať priebeh pôvodného signálu. Matematicky možno ukázať, že pravdepodobnosť detekcie fotónu v danom čase je úmerná optickému výkonu v danom čase. Histogram času detekcie preto dokáže presne reprezentovať priebeh meraného signálu.
Kľúčové výhody kvantovej mikrovlnnej optickej technológie
V porovnaní s tradičnými mikrovlnnými optickými systémami má kvantová mikrovlnná fotonika niekoľko kľúčových výhod: 1. Ultra vysoká citlivosť: Detekuje extrémne slabé signály až do úrovne jedného fotónu. 2. Zvýšenie šírky pásma: nie je obmedzené šírkou pásma fotodetektora, ovplyvnené iba časovým jitterom detektora jedného fotónu. 3. Zlepšené potlačenie rušenia: Rekonštrukcia TCSPC dokáže odfiltrovať signály, ktoré nie sú viazané na spúšťač. 4. Nižší šum: Zabráni šumu spôsobenému tradičnou fotoelektrickou detekciou a zosilnením.
Čas uverejnenia: 27. augusta 2024