Tecnologia òptica quàntica de microones

Quànticòptica de microonestecnologia
Tecnologia òptica de microoness'ha convertit en un camp potent, que combina els avantatges de la tecnologia òptica i de microones en el processament del senyal, la comunicació, la detecció i altres aspectes. Tanmateix, els sistemes fotònics de microones convencionals s'enfronten a algunes limitacions clau, especialment en termes d'amplada de banda i sensibilitat. Per superar aquests reptes, els investigadors comencen a explorar la fotònica quàntica de microones, un nou camp emocionant que combina els conceptes de la tecnologia quàntica amb la fotònica de microones.

Fonaments de la tecnologia òptica quàntica de microones
El nucli de la tecnologia òptica quàntica de microones és substituir l'òptica tradicionalfotodetectoren elenllaç de fotons de microonesamb un fotodetector d'un sol fotó d'alta sensibilitat. Això permet que el sistema funcioni a nivells de potència òptica extremadament baixos, fins i tot fins al nivell d'un sol fotó, alhora que pot augmentar l'amplada de banda.
Els sistemes de fotons de microones quàntics típics inclouen: 1. Fonts d'un sol fotó (per exemple, làsers atenuats 2.Modulador electro-òpticper a la codificació de senyals de microones/RF 3. Component de processament de senyal òptic4. Detectors de fotons únics (per exemple, detectors de nanofils superconductors) 5. Dispositius electrònics de recompte de fotons únics depenent del temps (TCSPC)
La figura 1 mostra la comparació entre els enllaços de fotons de microones tradicionals i els enllaços de fotons de microones quàntics:

La diferència clau és l'ús de detectors de fotons únics i mòduls TCSPC en lloc de fotodíodes d'alta velocitat. Això permet la detecció de senyals extremadament febles, alhora que s'espera que empeny l'ample de banda més enllà dels límits dels fotodetectors tradicionals.

Esquema de detecció de fotó únic
L'esquema de detecció d'un sol fotó és molt important per als sistemes de fotons de microones quàntics. El principi de funcionament és el següent: 1. El senyal de disparador periòdic sincronitzat amb el senyal mesurat s'envia al mòdul TCSPC. 2. El detector de fotons únics emet una sèrie de polsos que representen els fotons detectats. 3. El mòdul TCSPC mesura la diferència de temps entre el senyal de disparador i cada fotó detectat. 4. Després de diversos bucles de disparador, s'estableix l'histograma del temps de detecció. 5. L'histograma pot reconstruir la forma d'ona del senyal original. Matemàticament, es pot demostrar que la probabilitat de detectar un fotó en un moment donat és proporcional a la potència òptica en aquest moment. Per tant, l'histograma del temps de detecció pot representar amb precisió la forma d'ona del senyal mesurat.

Avantatges clau de la tecnologia òptica quàntica de microones
En comparació amb els sistemes òptics de microones tradicionals, la fotònica quàntica de microones té diversos avantatges clau: 1. Sensibilitat ultra alta: detecta senyals extremadament febles fins al nivell de fotó únic. 2. Augment de l'ample de banda: no limitat per l'amplada de banda del fotodetector, només afectat per la fluctuació de temps del detector de fotó únic. 3. Anti-interferència millorada: la reconstrucció TCSPC pot filtrar els senyals que no estan bloquejats al disparador. 4. Menor soroll: eviteu el soroll causat per la detecció i amplificació fotoelèctrica tradicional.