Κβαντική οπτική τεχνολογία μικροκυμάτων

Ποσοστόοπτικό μικροκυμάτωντεχνολογία
Οπτική τεχνολογία μικροκυμάτωνέχει γίνει ένας ισχυρός τομέας, συνδυάζοντας τα πλεονεκτήματα της οπτικής και της μικροκυματικής τεχνολογίας στην επεξεργασία σήματος, την επικοινωνία, την ανίχνευση και άλλες πτυχές. Ωστόσο, τα συμβατικά μικροκυματικά φωτονικά συστήματα αντιμετωπίζουν ορισμένους βασικούς περιορισμούς, ειδικά όσον αφορά το εύρος ζώνης και την ευαισθησία. Για να ξεπεράσουν αυτές τις προκλήσεις, οι ερευνητές αρχίζουν να εξερευνούν την κβαντική μικροκυματική φωτονική - έναν συναρπαστικό νέο τομέα που συνδυάζει τις έννοιες της κβαντικής τεχνολογίας με τη μικροκυματική φωτονική.

Βασικές αρχές της κβαντικής μικροκυματικής οπτικής τεχνολογίας
Ο πυρήνας της κβαντικής μικροκυματικής οπτικής τεχνολογίας είναι η αντικατάσταση της παραδοσιακής οπτικήςφωτοανιχνευτήςστοσύνδεσμος φωτονίων μικροκυμάτωνμε έναν φωτοανιχνευτή μονού φωτονίου υψηλής ευαισθησίας. Αυτό επιτρέπει στο σύστημα να λειτουργεί σε εξαιρετικά χαμηλά επίπεδα οπτικής ισχύος, ακόμη και στο επίπεδο του μονού φωτονίου, ενώ παράλληλα αυξάνει ενδεχομένως το εύρος ζώνης.
Τα τυπικά κβαντικά συστήματα φωτονίων μικροκυμάτων περιλαμβάνουν: 1. Πηγές ενός φωτονίου (π.χ. εξασθενημένα λέιζερ 2.Ηλεκτροοπτικός διαμορφωτήςγια την κωδικοποίηση σημάτων μικροκυμάτων/RF 3. Στοιχείο επεξεργασίας οπτικών σημάτων 4. Ανιχνευτές μονοφωτονίων (π.χ. ανιχνευτές υπεραγώγιμων νανοκαλωδίων) 5. Ηλεκτρονικές συσκευές χρονοεξαρτώμενης μέτρησης μονοφωτονίων (TCSPC)
Το Σχήμα 1 δείχνει τη σύγκριση μεταξύ των παραδοσιακών συνδέσμων φωτονίων μικροκυμάτων και των κβαντικών συνδέσμων φωτονίων μικροκυμάτων:

Η βασική διαφορά είναι η χρήση ανιχνευτών μεμονωμένων φωτονίων και μονάδων TCSPC αντί για φωτοδιόδους υψηλής ταχύτητας. Αυτό επιτρέπει την ανίχνευση εξαιρετικά ασθενών σημάτων, ενώ παράλληλα, ελπίζουμε, ωθεί το εύρος ζώνης πέρα ​​από τα όρια των παραδοσιακών φωτοανιχνευτών.

Σχήμα ανίχνευσης μεμονωμένων φωτονίων
Το σχήμα ανίχνευσης μεμονωμένου φωτονίου είναι πολύ σημαντικό για τα κβαντικά συστήματα φωτονίων μικροκυμάτων. Η αρχή λειτουργίας έχει ως εξής: 1. Το περιοδικό σήμα ενεργοποίησης που συγχρονίζεται με το μετρούμενο σήμα αποστέλλεται στη μονάδα TCSPC. 2. Ο ανιχνευτής μεμονωμένου φωτονίου εξάγει μια σειρά παλμών που αντιπροσωπεύουν τα ανιχνευόμενα φωτόνια. 3. Η μονάδα TCSPC μετρά τη χρονική διαφορά μεταξύ του σήματος ενεργοποίησης και κάθε ανιχνευόμενου φωτονίου. 4. Μετά από αρκετούς βρόχους ενεργοποίησης, δημιουργείται το ιστόγραμμα χρόνου ανίχνευσης. 5. Το ιστόγραμμα μπορεί να ανακατασκευάσει την κυματομορφή του αρχικού σήματος. Μαθηματικά, μπορεί να αποδειχθεί ότι η πιθανότητα ανίχνευσης ενός φωτονίου σε μια δεδομένη χρονική στιγμή είναι ανάλογη με την οπτική ισχύ εκείνη τη στιγμή. Επομένως, το ιστόγραμμα του χρόνου ανίχνευσης μπορεί να αναπαραστήσει με ακρίβεια την κυματομορφή του μετρούμενου σήματος.

Βασικά πλεονεκτήματα της κβαντικής μικροκυματικής οπτικής τεχνολογίας
Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά οπτικά συστήματα μικροκυμάτων, η κβαντική φωτονική μικροκυμάτων έχει πολλά βασικά πλεονεκτήματα: 1. Υπερυψηλή ευαισθησία: Ανιχνεύει εξαιρετικά αδύναμα σήματα μέχρι και το επίπεδο του ενός φωτονίου. 2. Αύξηση εύρους ζώνης: δεν περιορίζεται από το εύρος ζώνης του φωτοανιχνευτή, επηρεάζεται μόνο από το χρονικό jitter του ανιχνευτή ενός φωτονίου. 3. Βελτιωμένη αντιπαρεμβολή: Η ανακατασκευή TCSPC μπορεί να φιλτράρει σήματα που δεν είναι κλειδωμένα στη σκανδάλη. 4. Χαμηλότερος θόρυβος: Αποφύγετε τον θόρυβο που προκαλείται από την παραδοσιακή φωτοηλεκτρική ανίχνευση και ενίσχυση.