Technologia optyczna mikrofal kwantowych

Kwantmikrofalowy optycznytechnologia
Technologia optyczna mikrofalowastała się potężną dziedziną, łączącą zalety technologii optycznej i mikrofalowej w przetwarzaniu sygnałów, komunikacji, wykrywaniu i innych aspektach. Jednak konwencjonalne systemy fotoniczne mikrofalowe napotykają pewne kluczowe ograniczenia, szczególnie pod względem szerokości pasma i czułości. Aby przezwyciężyć te wyzwania, naukowcy zaczynają badać kwantową fotonikę mikrofalową – ekscytującą nową dziedzinę, która łączy koncepcje technologii kwantowej z fotoniką mikrofalową.

Podstawy technologii optycznej mikrofal kwantowych
Podstawą technologii mikrofalowej optyki kwantowej jest zastąpienie tradycyjnej optykifotodetektorwłącze fotonowe mikrofalowez wysoce czułym fotodetektorem pojedynczego fotonu. Dzięki temu system może działać przy ekstremalnie niskich poziomach mocy optycznej, nawet do poziomu pojedynczego fotonu, a jednocześnie potencjalnie zwiększać przepustowość.
Typowe kwantowe systemy mikrofalowo-fotonowe obejmują: 1. Źródła pojedynczych fotonów (np. lasery osłabione). 2.Modulator elektrooptycznydo kodowania sygnałów mikrofalowych/RF 3. Komponent przetwarzania sygnału optycznego 4. Detektory pojedynczych fotonów (np. detektory nanodrutów nadprzewodzących) 5. Urządzenia elektroniczne do zliczania pojedynczych fotonów zależnych od czasu (TCSPC)
Rysunek 1 przedstawia porównanie tradycyjnych łączy mikrofalowo-fotonowych i kwantowych łączy mikrofalowo-fotonowych:

Kluczową różnicą jest użycie pojedynczych detektorów fotonowych i modułów TCSPC zamiast szybkich fotodiod. Umożliwia to wykrywanie niezwykle słabych sygnałów, przy jednoczesnym, miejmy nadzieję, przesunięciu pasma poza granice 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 ze zmierzonym sygnałem jest wysyłany do modułu TCSPC. 2. Detektor pojedynczego fotonu wysyła serię impulsów, które reprezentują wykryte fotony. 3. Moduł TCSPC mierzy różnicę czasu między sygnałem wyzwalającym a każdym wykrytym fotonem. 4. Po kilku pętlach wyzwalających ustalany jest histogram czasu detekcji. 5. Histogram może odtworzyć kształt fali oryginalnego sygnału. Matematycznie można wykazać, że prawdopodobieństwo wykrycia fotonu w danym momencie jest proporcjonalne do mocy optycznej w tym momencie. Dlatego histogram czasu detekcji może dokładnie reprezentować kształt fali zmierzonego sygnału.

Główne zalety technologii optycznej mikrofal kwantowych
W porównaniu do tradycyjnych systemów optycznych mikrofalowych, fotonika mikrofalowa kwantowa ma kilka kluczowych zalet: 1. Bardzo wysoka czułość: wykrywa niezwykle słabe sygnały aż do poziomu pojedynczego fotonu. 2. Zwiększenie przepustowości: nie jest ograniczone szerokością pasma fotodetektora, wpływa na nią jedynie drżenie czasowe detektora pojedynczego fotonu. 3. Ulepszona odporność na zakłócenia: rekonstrukcja TCSPC może filtrować sygnały, które nie są zsynchronizowane z wyzwalaczem. 4. Niższy szum: unika szumu powodowanego przez tradycyjne wykrywanie i wzmacnianie fotoelektryczne.