Kwantmikrofalowy optycznytechnologia
Technologia optyczna mikrofalowaStała się potężną dziedziną, łączącą zalety technologii optycznej i mikrofalowej w przetwarzaniu sygnałów, komunikacji, detekcji i innych aspektach. Konwencjonalne systemy fotoniczne mikrofalowe napotykają jednak pewne kluczowe ograniczenia, zwłaszcza pod względem przepustowości i czułości. Aby sprostać tym wyzwaniom, naukowcy zaczynają zgłębiać kwantową fotonikę mikrofalową – ekscytującą nową dziedzinę, która łączy koncepcje technologii kwantowej z fotoniką mikrofalową.
Podstawy kwantowej technologii optycznej mikrofal
Podstawą technologii mikrofalowej kwantowej jest zastąpienie tradycyjnej technologii optycznejfotodetektorwłącze mikrofalowo-fotonowez fotodetektorem pojedynczego fotonu o wysokiej czułości. Pozwala to systemowi działać przy ekstremalnie niskich poziomach mocy optycznej, nawet do poziomu pojedynczego fotonu, a jednocześnie potencjalnie zwiększać przepustowość.
Typowe układy kwantowe wykorzystujące mikrofale i fotony obejmują: 1. Źródła pojedynczych fotonów (np. lasery tłumione). 2.Modulator elektrooptycznyDo kodowania sygnałów mikrofalowych/RF 3. Komponent przetwarzania sygnałów optycznych 4. Detektory pojedynczych fotonów (np. detektory nanodrutów nadprzewodzących) 5. Urządzenia elektroniczne z zależnym od czasu zliczaniem pojedynczych fotonów (TCSPC)
Rysunek 1 przedstawia porównanie tradycyjnych łączy mikrofalowo-fotonowych i kwantowych łączy mikrofalowo-fotonowych:
Kluczową różnicą jest zastosowanie detektorów pojedynczych fotonów i modułów TCSPC zamiast szybkich fotodiod. Umożliwia to detekcję wyjątkowo słabych sygnałów, a jednocześnie, miejmy nadzieję, poszerza pasmo przenoszenia poza ograniczenia tradycyjnych fotodetektorów.
Schemat detekcji pojedynczego fotonu
Schemat detekcji pojedynczego fotonu jest bardzo ważny dla kwantowych mikrofalowych systemów fotonowych. Zasada działania jest następująca: 1. Okresowy sygnał wyzwalający zsynchronizowany z sygnałem mierzonym jest wysyłany do modułu TCSPC. 2. Detektor pojedynczego fotonu generuje serię impulsów reprezentujących wykryte fotony. 3. Moduł TCSPC mierzy różnicę czasu między sygnałem wyzwalającym a każdym wykrytym fotonem. 4. Po kilku pętlach wyzwalania tworzony jest histogram czasu detekcji. 5. Histogram pozwala na rekonstrukcję przebiegu sygnału pierwotnego. Z matematycznego punktu widzenia można wykazać, że prawdopodobieństwo wykrycia fotonu w danym momencie jest proporcjonalne do mocy optycznej w tym momencie. Dlatego histogram czasu detekcji może dokładnie odzwierciedlać przebieg mierzonego sygnału.
Główne zalety technologii optycznej mikrofal kwantowych
W porównaniu z tradycyjnymi systemami optycznymi mikrofal, fotonika mikrofalowa kwantowa ma kilka kluczowych zalet: 1. Ultrawysoka czułość: wykrywa wyjątkowo słabe sygnały, nawet do poziomu pojedynczego fotonu. 2. Zwiększenie przepustowości: nie jest ograniczone szerokością pasma fotodetektora, a jedynie wahaniami czasowymi detektora pojedynczego fotonu. 3. Ulepszona odporność na zakłócenia: rekonstrukcja TCSPC umożliwia filtrowanie sygnałów, które nie są zsynchronizowane z wyzwalaczem. 4. Niższy poziom szumów: eliminuje szumy powodowane przez tradycyjną detekcję i wzmocnienie fotoelektryczne.
Czas publikacji: 27.08.2024