Kvantnamikrovalovna optikatehnologija
Mikrovalovna optična tehnologijaje postalo močno področje, ki združuje prednosti optične in mikrovalovne tehnologije pri obdelavi signalov, komunikaciji, zaznavanju in drugih vidikih. Vendar se običajni mikrovalovni fotonski sistemi soočajo z nekaterimi ključnimi omejitvami, zlasti glede pasovne širine in občutljivosti. Da bi premagali te izzive, raziskovalci začenjajo raziskovati kvantno mikrovalovno fotoniko – vznemirljivo novo področje, ki združuje koncepte kvantne tehnologije z mikrovalovno fotoniko.
Osnove kvantne mikrovalovne optične tehnologije
Jedro kvantne mikrovalovne optične tehnologije je nadomestiti tradicionalno optičnofotodetektorvmikrovalovna fotonska povezavaz visoko občutljivim enofotonskim fotodetektorjem. To omogoča sistemu, da deluje pri izjemno nizkih ravneh optične moči, celo do ravni enega fotona, hkrati pa potencialno poveča pasovno širino.
Tipični kvantni mikrovalovni fotonski sistemi vključujejo: 1. Enofotonske vire (npr. oslabljeni laserji 2.Elektrooptični modulatorza kodiranje mikrovalovnih/RF signalov 3. Komponenta za obdelavo optičnih signalov4. Enofotonski detektorji (npr. superprevodni nanožični detektorji) 5. Časovno odvisne elektronske naprave za štetje enojnih fotonov (TCSPC)
Slika 1 prikazuje primerjavo med tradicionalnimi mikrovalovnimi fotonskimi povezavami in kvantnimi mikrovalovnimi fotonskimi povezavami:
Ključna razlika je uporaba enofotonskih detektorjev in TCSPC modulov namesto hitrih fotodiod. To omogoča zaznavanje izredno šibkih signalov, medtem ko upamo, da širi pasovno širino preko meja tradicionalnih fotodetektorjev.
Shema zaznavanja enega fotona
Shema zaznavanja enega fotona je zelo pomembna za kvantne mikrovalovne fotonske sisteme. Načelo delovanja je naslednje: 1. Periodični prožilni signal, sinhroniziran z izmerjenim signalom, se pošlje v modul TCSPC. 2. Detektor posameznega fotona oddaja niz impulzov, ki predstavljajo zaznane fotone. 3. Modul TCSPC meri časovno razliko med sprožilnim signalom in vsakim zaznanim fotonom. 4. Po več sprožilnih zankah se vzpostavi histogram časa zaznave. 5. Histogram lahko rekonstruira valovno obliko prvotnega signala. Matematično je mogoče pokazati, da je verjetnost zaznave fotona v danem času sorazmerna z optično močjo v tistem času. Zato lahko histogram časa zaznavanja natančno predstavlja valovno obliko izmerjenega signala.
Ključne prednosti kvantne mikrovalovne optične tehnologije
V primerjavi s tradicionalnimi mikrovalovnimi optičnimi sistemi ima kvantna mikrovalovna fotonika več ključnih prednosti: 1. Izjemno visoka občutljivost: zazna izjemno šibke signale vse do ravni enega fotona. 2. Povečanje pasovne širine: ni omejeno s pasovno širino fotodetektorja, nanj vpliva samo časovno tresenje detektorja enega fotona. 3. Izboljšano preprečevanje motenj: rekonstrukcija TCSPC lahko filtrira signale, ki niso zaklenjeni na sprožilec. 4. Nižji hrup: Izogibajte se hrupu, ki ga povzroča tradicionalno fotoelektrično zaznavanje in ojačanje.
Čas objave: 27. avgusta 2024