Kvantovémikrovlnná optickátechnologie
Mikrovlnná optická technologiese stala silným oborem kombinujícím výhody optické a mikrovlnné technologie ve zpracování signálu, komunikaci, snímání a dalších aspektech. Konvenční mikrovlnné fotonické systémy však čelí některým klíčovým omezením, zejména pokud jde o šířku pásma a citlivost. Aby vědci tyto výzvy překonali, začínají 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 optickou...fotodetektorvmikrovlnný fotonový spojs vysoce citlivým jednofotonovým fotodetektorem. To umožňuje systému pracovat s extrémně nízkými úrovněmi optického výkonu, a to až na úroveň jednotlivých fotonů, a zároveň potenciálně zvýšit šířku pásma.
Mezi typické kvantové mikrovlnné fotonové systémy patří: 1. Zdroje jednotlivých fotonů (např. zeslabené lasery 2.Elektrooptický modulátor1. Pro kódování mikrovlnných/RF signálů 2. Součást pro zpracování optického signálu 3. Detektory jednotlivých fotonů (např. detektory supravodivých nanodrátů) 4. Elektronická zařízení s časově závislým počítáním jednotlivých fotonů (TCSPC)
Obrázek 1 ukazuje srovnání tradičních mikrovlnných fotonových spojů a kvantových mikrovlnných fotonových spojů:
Klíčovým rozdílem je použití detektorů jednotlivých fotonů a modulů TCSPC namísto vysokorychlostních fotodiod. To umožňuje detekci extrémně slabých signálů a zároveň doufejme posouvá šířku pásma za hranice tradičních fotodetektorů.
Schéma detekce jednotlivých fotonů
Schéma detekce jednotlivých fotonů je pro kvantové mikrovlnné fotonové systémy velmi důležité. Princip fungování je následující: 1. Periodický spouštěcí signál synchronizovaný s měřeným signálem je odeslán do modulu TCSPC. 2. Detektor jednotlivých fotonů vysílá sérii pulzů, které představují detekované fotony. 3. Modul TCSPC měří časový rozdíl mezi spouštěcím signálem a každým detekovaným fotonem. 4. Po několika spouštěcích smyčkách je vytvořen histogram času detekce. 5. Histogram dokáže rekonstruovat průběh původního signálu. Matematicky lze ukázat, že pravděpodobnost detekce fotonu v daném čase je úměrná optickému výkonu v tomto čase. Histogram času detekce proto dokáže 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 do úrovně jednotlivých fotonů. 2. Zvýšení šířky pásma: není omezeno šířkou pásma fotodetektoru, ovlivněno pouze časovým jitterem detektoru jednotlivých fotonů. 3. Vylepšené potlačení rušení: Rekonstrukce TCSPC dokáže filtrovat signály, které nejsou vázány na spouštěč. 4. Nižší šum: Zabraňuje šumu způsobenému tradiční fotoelektrickou detekcí a zesílením.
Čas zveřejnění: 27. srpna 2024