Tehnologie optică cu microunde cuantice

Cuanticmicrounde opticetehnologie
Tehnologie optică cu microundea devenit un domeniu puternic, combinând avantajele tehnologiei optice și a microundelor în procesarea semnalelor, comunicații, detectare și alte aspecte. Cu toate acestea, sistemele fotonice convenționale cu microunde se confruntă cu unele limitări cheie, în special în ceea ce privește lățimea de bandă și sensibilitatea. Pentru a depăși aceste provocări, cercetătorii încep să exploreze fotonica cuantică cu microunde - un domeniu nou și interesant care combină conceptele tehnologiei cuantice cu fotonica cu microunde.

Fundamentele tehnologiei optice cu microunde cuantice
Nucleul tehnologiei optice cu microunde cuantice este de a înlocui tehnologia optică tradiționalăfotodetectorînlegătură fotonică prin microundecu un fotodetector cu un singur foton de înaltă sensibilitate. Acest lucru permite sistemului să funcționeze la niveluri de putere optică extrem de scăzute, chiar și până la nivelul unui singur foton, crescând în același timp potențial lățimea de bandă.
Sistemele tipice de fotoni cu microunde cuantice includ: 1. Surse cu un singur foton (de exemplu, lasere atenuate 2.Modulator electro-optic1. pentru codificarea semnalelor microunde/RF 2. Componentă de procesare a semnalului optic 3. Detectoare de fotoni individuali (de exemplu, detectoare cu nanofire supraconductoare) 4. Dispozitive electronice de numărare a fotonilor individuali dependentă de timp (TCSPC)
Figura 1 prezintă comparația dintre legăturile fotonice tradiționale cu microunde și legăturile fotonice cu microunde cuantice:

Diferența cheie constă în utilizarea detectoarelor cu un singur foton și a modulelor TCSPC în locul fotodiodelor de mare viteză. Acest lucru permite detectarea semnalelor extrem de slabe, depășind în același timp, sperăm, lățimea de bandă dincolo de limitele fotodetectoarelor tradiționale.

Schema de detectare a unui singur foton
Schema de detectare a unui singur foton este foarte importantă pentru sistemele fotonice cu microunde cuantice. Principiul de funcționare este următorul: 1. Semnalul de declanșare periodic, sincronizat cu semnalul măsurat, este trimis către modulul TCSPC. 2. Detectorul de fotoni singulari emite o serie de impulsuri care reprezintă fotonii detectați. 3. Modulul TCSPC măsoară diferența de timp dintre semnalul de declanșare și fiecare foton detectat. 4. După mai multe bucle de declanșare, se stabilește histograma timpului de detecție. 5. Histograma poate reconstrui forma de undă a semnalului original. Matematic, se poate demonstra că probabilitatea detectării unui foton la un moment dat este proporțională cu puterea optică la acel moment. Prin urmare, histograma timpului de detecție poate reprezenta cu acuratețe forma de undă a semnalului măsurat.

Avantajele cheie ale tehnologiei optice cu microunde cuantice
Comparativ cu sistemele optice tradiționale cu microunde, fotonica cuantică cu microunde are câteva avantaje cheie: 1. Sensibilitate ultra-ridicată: Detectează semnale extrem de slabe până la nivelul unui singur foton. 2. Creșterea lățimii de bandă: nu este limitată de lățimea de bandă a fotodetectorului, ci este afectată doar de jitter-ul de sincronizare al detectorului de fotoni individuali. 3. Anti-interferență îmbunătățită: Reconstrucția TCSPC poate filtra semnalele care nu sunt blocate la declanșator. 4. Zgomot redus: Se evită zgomotul cauzat de detecția și amplificarea fotoelectrică tradițională.