Kwantoptyczny mikrofalowytechnologia
Mikrofalowa technologia optycznastała się potężną dziedziną, łączącą zalety technologii optycznej i mikrofalowej w przetwarzaniu sygnałów, komunikacji, wykrywaniu i innych aspektach. Jednak konwencjonalne mikrofalowe systemy fotoniczne napotykają pewne kluczowe ograniczenia, szczególnie pod względem szerokości pasma i czułości. Aby pokonać te wyzwania, badacze zaczynają zgłębiać kwantową fotonikę mikrofalową – nową, ekscytującą dziedzinę, która łączy koncepcje technologii kwantowej z fotoniką mikrofalową.
Podstawy kwantowej technologii optycznej mikrofalowej
Istotą kwantowej technologii optycznej mikrofalowej jest zastąpienie tradycyjnej optykifotodetektorwmikrofalowe łącze fotonowez fotodetektorem jednofotonowym o wysokiej czułości. Dzięki temu system może działać przy wyjątkowo niskich poziomach mocy optycznej, nawet do poziomu pojedynczego fotonu, jednocześnie potencjalnie zwiększając szerokość pasma.
Typowe kwantowe mikrofalowe systemy fotonowe obejmują: 1. Źródła pojedynczych fotonów (np. lasery osłabione) 2.Modulator elektrooptycznydo kodowania sygnałów mikrofalowych/RF 3. Element przetwarzania sygnału optycznego4. Detektory pojedynczych fotonów (np. detektory nadprzewodzące nanodrutu) 5. Urządzenia elektroniczne zliczające pojedyncze fotony zależne od czasu (TCSPC)
Rysunek 1 przedstawia porównanie tradycyjnych mikrofalowych łączy fotonowych i kwantowych mikrofalowych łączy fotonowych:
Kluczową różnicą jest zastosowanie detektorów pojedynczych fotonów i modułów TCSPC zamiast szybkich fotodiod. Umożliwia to wykrywanie wyjątkowo słabych sygnałów, a jednocześnie, miejmy nadzieję, przesuwa szerokość pasma poza granice tradycyjnych fotodetektorów.
Schemat detekcji pojedynczego fotonu
Schemat detekcji pojedynczych fotonów jest bardzo ważny w przypadku kwantowych mikrofalowych układów fotonowych. Zasada działania jest następująca: 1. Okresowy sygnał wyzwalający zsynchronizowany z sygnałem mierzonym jest wysyłany do modułu TCSPC. 2. Detektor pojedynczych fotonów wysyła serię impulsów reprezentujących wykryte fotony. 3. Moduł TCSPC mierzy różnicę czasu pomiędzy sygnałem wyzwalającym a każdym wykrytym fotonem. 4. Po kilku pętlach wyzwalania ustalany jest histogram czasu detekcji. 5. Histogram pozwala zrekonstruować przebieg sygnału pierwotnego. Matematycznie można wykazać, że prawdopodobieństwo wykrycia fotonu w danym momencie jest proporcjonalne do mocy optycznej w tym momencie. Dlatego histogram czasu detekcji może dokładnie odzwierciedlać kształt fali mierzonego sygnału.
Kluczowe zalety kwantowej technologii optycznej mikrofalowej
W porównaniu z tradycyjnymi mikrofalowymi systemami optycznymi, kwantowa fotonika mikrofalowa ma kilka kluczowych zalet: 1. Bardzo wysoka czułość: wykrywa wyjątkowo słabe sygnały aż do poziomu pojedynczego fotonu. 2. Wzrost przepustowości: nie jest ograniczony przez szerokość pasma fotodetektora, wpływa jedynie na drgania czasowe detektora pojedynczego fotonu. 3. Ulepszona ochrona przed zakłóceniami: rekonstrukcja TCSPC może odfiltrować sygnały, które nie są powiązane z wyzwalaczem. 4. Niższy poziom hałasu: Unikaj hałasu powodowanego przez tradycyjną detekcję i wzmocnienie fotoelektryczne.
Czas publikacji: 27 sierpnia 2024 r