Tecnologia òptica de microones quàntiques

Quànticòptic de microonestecnologia
Tecnologia òptica de microonesS'ha convertit en un potent camp, combinant els avantatges de la tecnologia òptica i de microones en el processament, la comunicació, la detecció i altres aspectes de senyal. Tot i això, 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 de microones quàntiques: un nou camp emocionant que combina els conceptes de 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 tradicionalfotodetectora laEnllaç de fotons de microonesamb un fotodetector de 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 fotó únic, alhora que pot augmentar l’ample de banda.
Els sistemes típics de fotons de microones quàntiques inclouen: 1. Fonts de fotons monoplomàtics (per exemple, làsers atenuats 2.Modulador electro-òpticPer a la codificació de senyals de microones/rf. Component de processament de senyal òptic4. Detectors de fotons únics (per exemple, detectors de nanowire superconductors) 5. Dispositius electrònics de comptabilitat de fotons únics dependents del temps (TCSPC)
La figura 1 mostra la comparació entre els enllaços tradicionals de fotons de microones i els enllaços quàntics de fotons de microones:

La diferència clau és l’ús de detectors d’un sol fotó i mòduls TCSPC en lloc de fotodíodes d’alta velocitat. Això permet la detecció de senyals extremadament febles, tot i que esperem que empenyi l'amplada de banda més enllà dels límits dels fotodetectors tradicionals.

Esquema de detecció de fotons únic
L’esquema de detecció d’un sol fotó és molt important per als sistemes de fotons de microones quàntiques. El principi de treball és el següent: 1. El senyal de desencadenament periòdic sincronitzat amb el senyal mesurat s’envia al mòdul TCSPC. 2. El detector de fotons únic produeix 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 desencadenants, s’estableix l’histograma de 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 determinat 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 de microones quàntiques té diversos avantatges clau: 1. Sensibilitat ultra alta: detecta senyals extremadament febles fins al nivell de fotons únic. 2. Augment de l'ample de banda: no limitat per l'ample de banda del fotodetector, només afectat per la trituració del detector de fotons únic. 3. Anti-interferència millorada: la reconstrucció TCSPC pot filtrar senyals que no estan bloquejats al disparador. 4. Soroll inferior: Eviteu el soroll causat per la detecció i amplificació fotoelèctrica tradicionals.