Kvantnimikrovalni optičkitehnologija
Mikrovalna optička tehnologijapostalo je snažno područje koje kombinira prednosti optičke i mikrovalne tehnologije u obradi signala, komunikaciji, senzorima i drugim aspektima. Međutim, konvencionalni mikrovalni fotonički sustavi suočavaju se s nekim ključnim ograničenjima, posebno u pogledu propusnosti i osjetljivosti. Kako bi prevladali te izazove, istraživači počinju istraživati kvantnu mikrovalnu fotoniku – uzbudljivo novo područje koje kombinira koncepte kvantne tehnologije s mikrovalnom fotonikom.
Osnove kvantne mikrovalne optičke tehnologije
Srž kvantne mikrovalne optičke tehnologije je zamjena tradicionalne optičkefotodetektorumikrovalna fotonska vezas visokoosjetljivim fotodetektorom s jednim fotonom. To omogućuje sustavu rad na izuzetno niskim razinama optičke snage, čak i do razine jednog fotona, a istovremeno potencijalno povećava propusnost.
Tipični kvantni mikrovalni fotonski sustavi uključuju: 1. Izvore pojedinačnih fotona (npr. oslabljene lasere 2.Elektrooptički modulatorza kodiranje mikrovalnih/RF signala 3. Komponenta za optičku obradu signala 4. Detektori pojedinačnih fotona (npr. detektori supravodljivih nanožica) 5. Elektronički uređaji s vremenski ovisnom brojanjem pojedinačnih fotona (TCSPC)
Slika 1 prikazuje usporedbu tradicionalnih mikrovalnih fotonskih veza i kvantnih mikrovalnih fotonskih veza:
Ključna razlika je korištenje detektora pojedinačnih fotona i TCSPC modula umjesto brzih fotodioda. To omogućuje detekciju izuzetno slabih signala, a nadamo se da će istovremeno pomaknuti propusnost izvan granica tradicionalnih fotodetektora.
Shema detekcije jednog fotona
Shema detekcije pojedinačnih fotona vrlo je važna za kvantne mikrovalne fotonske sustave. Princip rada je sljedeći: 1. Periodični okidački signal sinkroniziran s izmjerenim signalom šalje se TCSPC modulu. 2. Detektor pojedinačnih fotona šalje niz impulsa koji predstavljaju detektirane fotone. 3. TCSPC modul mjeri vremensku razliku između okidačkog signala i svakog detektiranog fotona. 4. Nakon nekoliko petlji okidanja, uspostavlja se histogram vremena detekcije. 5. Histogram može rekonstruirati valni oblik izvornog signala. Matematički se može pokazati da je vjerojatnost detekcije fotona u danom trenutku proporcionalna optičkoj snazi u tom trenutku. Stoga, histogram vremena detekcije može točno predstaviti valni oblik izmjerenog signala.
Ključne prednosti kvantne mikrovalne optičke tehnologije
U usporedbi s tradicionalnim mikrovalnim optičkim sustavima, kvantna mikrovalna fotonika ima nekoliko ključnih prednosti: 1. Ultra visoka osjetljivost: Detektira izuzetno slabe signale do razine jednog fotona. 2. Povećanje propusnosti: nije ograničeno propusnošću fotodetektora, već je pod utjecajem samo vremenskog podrhtavanja detektora jednog fotona. 3. Poboljšana zaštita od interferencije: TCSPC rekonstrukcija može filtrirati signale koji nisu zaključani na okidač. 4. Niži šum: Izbjegava se šum uzrokovan tradicionalnom fotoelektričnom detekcijom i pojačanjem.
Vrijeme objave: 27. kolovoza 2024.