Kvantovámikrovlnná optickátechnologie
Mikrovlnná optická technologiese stal silným oborem, který kombinuje výhody optické a mikrovlnné technologie při zpracování signálu, komunikaci, snímání a dalších aspektech. Konvenční mikrovlnné fotonické systémy však čelí některým klíčovým omezením, zejména pokud jde o šířku pásma a citlivost. K překonání těchto výzev začínají výzkumníci zkoumat kvantovou mikrovlnnou fotoniku – vzrušující nový obor, který kombinuje koncepty kvantové technologie s mikrovlnnou fotonikou.
Základy kvantové mikrovlnné optické technologie
Jádrem kvantové mikrovlnné optické technologie je nahradit tradiční optickoufotodetektorvmikrovlnný fotonový odkazs vysoce citlivým jednofotonovým fotodetektorem. To umožňuje systému pracovat při extrémně nízkých úrovních optického výkonu, dokonce až na úrovni jednoho fotonu, a zároveň potenciálně zvýšit šířku pásma.
Mezi typické kvantové mikrovlnné fotonové systémy patří: 1. Jednofotonové zdroje (např. zeslabené lasery 2.Elektrooptický modulátorpro kódování mikrovlnných/RF signálů 3. Komponenta pro zpracování optického signálu4. Jednofotonové detektory (např. supravodivé nanodrátové detektory) 5. Časově závislé elektronické počítání jednotlivých fotonů (TCSPC)
Obrázek 1 ukazuje srovnání mezi tradičními mikrovlnnými fotonovými spoji a kvantovými mikrovlnnými fotonovými spoji:
Klíčovým rozdílem je použití jednofotonových detektorů a modulů TCSPC namísto vysokorychlostních fotodiod. To umožňuje detekci extrémně slabých signálů a doufejme, že posune šířku pásma za hranice tradičních fotodetektorů.
Schéma detekce jednoho fotonu
Schéma detekce jednoho fotonu je velmi důležité pro kvantové mikrovlnné fotonové systémy. Princip činnosti je následující: 1. Periodický spouštěcí signál synchronizovaný s měřeným signálem je odeslán do modulu TCSPC. 2. Detektor jednoho fotonu vysílá řadu pulzů, které představují detekované fotony. 3. Modul TCSPC měří časový rozdíl mezi spouštěcím signálem a každým detekovaným fotonem. 4. Po několika spouštěcích smyčkách se vytvoří histogram detekce. 5. Histogram dokáže rekonstruovat průběh původního signálu. Matematicky lze ukázat, že pravděpodobnost detekce fotonu v daném čase je úměrná optické mohutnosti v daném čase. Histogram doby detekce tedy může přesně reprezentovat průběh měřeného signálu.
Klíčové výhody kvantové mikrovlnné optické technologie
Ve srovnání s tradičními mikrovlnnými optickými systémy má kvantová mikrovlnná fotonika několik klíčových výhod: 1. Ultra vysoká citlivost: Detekuje extrémně slabé signály až na úroveň jednoho fotonu. 2. Zvýšení šířky pásma: není omezeno šířkou pásma fotodetektoru, ovlivněno pouze časovým jitterem jednofotonového detektoru. 3. Vylepšená ochrana proti rušení: Rekonstrukce TCSPC může odfiltrovat signály, které nejsou uzamčeny na spouštěči. 4. Nižší šum: Vyhněte se šumu způsobenému tradiční fotoelektrickou detekcí a zesílením.
Čas odeslání: 27. srpna 2024