Квантовиймікрохвильова оптичнатехнологія
Мікрохвильова оптична технологіястала потужною галуззю, що поєднує переваги оптичних та мікрохвильових технологій в обробці сигналів, зв'язку, сенсорних системах та інших аспектах. Однак, традиційні мікрохвильові фотонні системи стикаються з деякими ключовими обмеженнями, особливо щодо пропускної здатності та чутливості. Щоб подолати ці проблеми, дослідники починають досліджувати квантову мікрохвильову фотоніку – захопливу нову галузь, яка поєднує концепції квантової технології з мікрохвильовою фотонікою.
Основи квантової мікрохвильової оптичної технології
Суть квантової мікрохвильової оптичної технології полягає в заміні традиційної оптичноїфотодетекторумікрохвильовий фотонний зв'язокз високочутливим однофотонним фотодетектором. Це дозволяє системі працювати на надзвичайно низьких рівнях оптичної потужності, навіть до однофотонного рівня, а також потенційно збільшує пропускну здатність.
Типові квантові мікрохвильові фотонні системи включають: 1. Джерела окремих фотонів (наприклад, ослаблені лазери 2.Електрооптичний модулятор1. для кодування мікрохвильових/радіочастотних сигналів 2. Компонент оптичної обробки сигналів 3. Детектори окремих фотонів (наприклад, детектори надпровідних нанодротів) 4. Електронні пристрої з часозалежним підрахунком окремих фотонів (TCSPC)
На рисунку 1 показано порівняння традиційних мікрохвильових фотонних зв'язків та квантових мікрохвильових фотонних зв'язків:
Ключова відмінність полягає у використанні детекторів окремих фотонів та модулів TCSPC замість високошвидкісних фотодіодів. Це дозволяє виявляти надзвичайно слабкі сигнали, сподіваючись при цьому розширити пропускну здатність за межі традиційних фотодетекторів.
Схема детектування окремих фотонів
Схема детектування окремих фотонів дуже важлива для квантових мікрохвильових фотонних систем. Принцип роботи такий: 1. Періодичний пусковий сигнал, синхронізований з вимірюваним сигналом, надсилається на модуль TCSPC. 2. Детектор окремих фотонів видає серію імпульсів, що представляють виявлені фотони. 3. Модуль TCSPC вимірює різницю в часі між пусковим сигналом і кожним виявленим фотоном. 4. Після кількох циклів запуску встановлюється гістограма часу детектування. 5. Гістограма може реконструювати форму хвилі вихідного сигналу. Математично можна показати, що ймовірність детектування фотона в заданий момент часу пропорційна оптичній потужності в цей момент часу. Отже, гістограма часу детектування може точно відображати 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 окремих фотонів. 2. Збільшення смуги пропускання: не обмежується смугою пропускання фотодетектора, а залежить лише від часового тремтіння детектора окремих фотонів. 3. Покращений захист від перешкод: реконструкція TCSPC може фільтрувати сигнали, які не синхронізовані з тригером. 4. Нижчий рівень шуму: уникає шуму, спричиненого традиційним фотоелектричним детектуванням та посиленням.
Час публікації: 27 серпня 2024 р.