Tecnologia òptica de microones quàntiques

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 de senyals, la comunicació, la detecció i altres aspectes. Tanmateix, els sistemes fotònics de microones convencionals s'enfronten a algunes limitacions clau, especialment pel que fa a l'ample de banda i la sensibilitat. Per superar aquests reptes, els investigadors estan començant 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 de microones quàntiques
El nucli de la tecnologia òptica de microones quàntiques és substituir l'òptica tradicionalfotodetectoren elenllaç de fotons de microonesamb un fotodetector de fotó únic d'alta sensibilitat. Això permet que el sistema funcioni a nivells de potència òptica extremadament baixos, fins i tot fins al nivell de fotó únic, alhora que augmenta potencialment l'amplada de banda.
Els sistemes típics de fotons de microones quàntiques inclouen: 1. Fonts de fotó únic (per exemple, làsers atenuats 2.Modulador electroòpticper codificar senyals de microones/RF 3. Component de processament de senyals òptics 4. Detectors de fotons individuals (per exemple, detectors de nanofils superconductors) 5. Dispositius electrònics de recompte de fotons individuals dependents del temps (TCSPC)
La figura 1 mostra la comparació entre els enllaços fotonòmics de microones tradicionals i els enllaços fotonòmics de microones quàntics:

La diferència clau és l'ús de detectors de fotó únic i mòduls TCSPC en lloc de fotodíodes d'alta velocitat. Això permet la detecció de senyals extremadament febles, alhora que s'espera que l'amplada de banda superi els límits dels fotodetectors tradicionals.

Esquema de detecció de fotons individuals
L'esquema de detecció de fotons individuals és molt important per als sistemes de fotons de microones quàntiques. 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 individuals 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 aquell 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 de microones quàntiques
En comparació amb els sistemes òptics de microones tradicionals, la fotònica quàntica de microones té diversos avantatges clau: 1. Sensibilitat ultraalta: detecta senyals extremadament febles fins al nivell d'un sol fotó. 2. Augment de l'amplada de banda: no està limitat per l'amplada de banda del fotodetector, només es veu afectat per la fluctuació de temps del detector de fotó únic. 3. Antiinterferències millorades: la reconstrucció TCSPC pot filtrar els senyals que no estan bloquejats al disparador. 4. Menys soroll: evita el soroll causat per la detecció i amplificació fotoelèctrica tradicional.