Kvantnomikrovalovna optičnatehnologija
Mikrovalovna optična tehnologijaje postalo močno področje, ki združuje prednosti optične in mikrovalovne tehnologije pri obdelavi signalov, komunikaciji, zaznavanju in drugih vidikih. Vendar pa se konvencionalni 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 fotodetektorjem za en sam foton. To omogoča sistemu delovanje pri izjemno nizkih ravneh optične moči, celo do ravni enega samega fotona, hkrati pa potencialno poveča pasovno širino.
Tipični kvantni mikrovalovni fotonski sistemi vključujejo: 1. enofotonske vire (npr. oslabljene laserje 2.Elektrooptični modulator1. za kodiranje mikrovalovnih/RF signalov 2. Komponenta za optično obdelavo signalov 3. Detektorji posameznih fotonov (npr. detektorji superprevodnih nanožic) 4. Elektronske naprave za časovno odvisno štetje posameznih fotonov (TCSPC)
Slika 1 prikazuje primerjavo med tradicionalnimi mikrovalovnimi fotonskimi povezavami in kvantnimi mikrovalovnimi fotonskimi povezavami:
Ključna razlika je uporaba detektorjev posameznih fotonov in modulov TCSPC namesto visokohitrostnih fotodiod. To omogoča zaznavanje izjemno šibkih signalov, hkrati pa upajmo, da bo pasovna širina presegla omejitve tradicionalnih fotodetektorjev.
Shema zaznavanja posameznega fotona
Shema zaznavanja posameznih fotonov je zelo pomembna za kvantne mikrovalovne fotonske sisteme. Načelo delovanja je naslednje: 1. Periodični sprožilni signal, sinhroniziran z izmerjenim signalom, se pošlje modulu TCSPC. 2. Detektor posameznih fotonov odda vrsto 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 zaznavanja. 5. Histogram lahko rekonstruira valovno obliko prvotnega signala. Matematično je mogoče pokazati, da je verjetnost zaznavanja 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. Ultra visoka občutljivost: zazna izjemno šibke signale vse do ravni posameznega fotona. 2. Povečanje pasovne širine: ni omejeno s pasovno širino fotodetektorja, temveč nanjo vpliva le časovno tresenje detektorja posameznega fotona. 3. Izboljšano preprečevanje motenj: rekonstrukcija TCSPC lahko filtrira signale, ki niso zaklenjeni na sprožilec. 4. Nižji šum: prepreči šum, ki ga povzroča tradicionalno fotoelektrično zaznavanje in ojačanje.
Čas objave: 27. avg. 2024