Квантовамікрохвильова оптичнатехнології
Мікрохвильова оптична технологіястала потужною галуззю, яка поєднує переваги оптичної та мікрохвильової технології в обробці сигналів, комунікації, зондуванні та інших аспектах. Однак звичайні мікрохвильові фотонні системи стикаються з деякими ключовими обмеженнями, особливо щодо пропускної здатності та чутливості. Щоб подолати ці проблеми, дослідники починають досліджувати квантову мікрохвильову фотоніку – захоплюючу нову галузь, яка поєднує поняття квантової технології з мікрохвильовою фотонікою.
Основи квантової мікрохвильової оптики
Суть квантової мікрохвильової оптичної технології полягає в тому, щоб замінити традиційну оптикуфотодетекторвмікрохвильовий фотонний зв'язокз високочутливим однофотонним фотодетектором. Це дозволяє системі працювати на надзвичайно низьких рівнях оптичної потужності, навіть аж до однофотонного рівня, водночас потенційно збільшуючи пропускну здатність.
Типові квантові мікрохвильові фотонні системи включають: 1. Джерела одного фотона (наприклад, ослаблені лазери 2.Електрооптичний модулятордля кодування мікрохвильових/радіо сигналів 3. Компонент обробки оптичного сигналу4. Детектори одиночних фотонів (наприклад, детектори з надпровідних нанодротів) 5. Електронні пристрої із залежним від часу підрахунком одиночних фотонів (TCSPC)
На рисунку 1 показано порівняння традиційних мікрохвильових фотонних каналів і квантових мікрохвильових фотонних каналів:
Ключовою відмінністю є використання однофотонних детекторів і модулів TCSPC замість високошвидкісних фотодіодів. Це дозволяє виявляти надзвичайно слабкі сигнали, водночас, сподіваємося, розширює смугу пропускання за межі традиційних фотодетекторів.
Схема детектування одного фотона
Схема детектування одного фотона дуже важлива для квантових мікрохвильових фотонних систем. Принцип роботи полягає в наступному: 1. Періодичний тригерний сигнал, синхронізований із вимірюваним сигналом, надсилається до модуля TCSPC. 2. Детектор одного фотона видає серію імпульсів, які представляють виявлені фотони. 3. Модуль TCSPC вимірює різницю в часі між тригерним сигналом і кожним виявленим фотоном. 4. Після кількох циклів запуску встановлюється гістограма часу виявлення. 5. Гістограма може реконструювати форму вихідного сигналу. Математично можна показати, що ймовірність виявлення фотона в певний момент пропорційна оптичній силі в цей момент. Таким чином, гістограма часу виявлення може точно представляти форму хвилі вимірюваного сигналу.
Ключові переваги квантової мікрохвильової оптичної технології
Порівняно з традиційними мікрохвильовими оптичними системами квантова мікрохвильова фотоніка має кілька ключових переваг: 1. Надвисока чутливість: виявляє надзвичайно слабкі сигнали аж до рівня одного фотона. 2. Збільшення смуги пропускання: не обмежується смугою пропускання фотодетектора, впливає лише тремтіння синхронізації детектора одного фотона. 3. Покращений захист від перешкод: реконструкція TCSPC може відфільтрувати сигнали, які не закріплені на тригері. 4. Низький рівень шуму: уникайте шуму, спричиненого традиційним фотоелектричним виявленням і посиленням.
Час публікації: 27 серпня 2024 р