Kvantovémikrovlnná optickátechnológie
Mikrovlnná optická technológiasa stala silnou oblasťou, ktorá kombinuje výhody optickej a mikrovlnnej technológie pri spracovaní signálu, komunikácii, snímaní a ďalších aspektoch. Bežné mikrovlnné fotonické systémy však čelia niektorým kľúčovým obmedzeniam, najmä pokiaľ ide o šírku pásma a citlivosť. Na prekonanie týchto výziev 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 optikufotodetektorvmikrovlnný fotónový odkazs vysoko citlivým jednofotónovým fotodetektorom. To umožňuje systému pracovať pri extrémne nízkych úrovniach optického výkonu, dokonca až po úroveň jedného fotónu, pričom tiež potenciálne zvyšuje šírku pásma.
Typické kvantové mikrovlnné fotónové systémy zahŕňajú: 1. Jednofotónové zdroje (napr. oslabené lasery 2.Elektrooptický modulátorna kódovanie mikrovlnných/RF signálov 3. Komponent na spracovanie optického signálu4. Jednofotónové detektory (napr. supravodivé nanodrôtové detektory) 5. Časovo závislé elektronické zariadenia na počítanie fotónov (TCSPC)
Obrázok 1 ukazuje porovnanie medzi tradičnými mikrovlnnými fotónovými spojmi a kvantovými mikrovlnnými fotónovými spojmi:
Kľúčovým rozdielom je použitie jednofotónových detektorov a modulov TCSPC namiesto vysokorýchlostných fotodiód. To umožňuje detekciu extrémne slabých signálov a dúfajme, že posunie šírku pásma za hranice tradičných fotodetektorov.
Schéma detekcie jedného fotónu
Schéma detekcie jedného fotónu je veľmi dôležitá pre kvantové mikrovlnné fotónové systémy. Princíp činnosti je nasledovný: 1. Periodický spúšťací signál synchronizovaný s meraným signálom sa posiela do modulu TCSPC. 2. Jednofotónový detektor vydáva sériu impulzov, ktoré reprezentujú 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 optickej mohutnosti v danom čase. Preto môže histogram času detekcie 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: Deteguje extrémne slabé signály až na úroveň jedného fotónu. 2. Zvýšenie šírky pásma: nie je obmedzené šírkou pásma fotodetektora, je ovplyvnené iba časovým jitterom jednofotónového detektora. 3. Vylepšená ochrana proti rušeniu: Rekonštrukcia TCSPC môže odfiltrovať signály, ktoré nie sú uzamknuté na spúšťači. 4. Nižší šum: Vyhnite sa šumu spôsobenému tradičnou fotoelektrickou detekciou a zosilňovaním.
Čas odoslania: 27. augusta 2024