Квантовмикровълнова оптичнатехнология
Микровълнова оптична технологиясе превърна в мощна област, съчетаваща предимствата на оптичната и микровълновата технология в обработката на сигнали, комуникацията, сензорите и други аспекти. Обаче конвенционалните микровълнови фотонни системи са изправени пред някои ключови ограничения, особено по отношение на честотната лента и чувствителността. За да преодолеят тези предизвикателства, изследователите започват да изследват квантовата микровълнова фотоника – вълнуващо ново поле, което съчетава концепциите на квантовата технология с микровълновата фотоника.
Основи на квантовата микровълнова оптична технология
Ядрото на квантовата микровълнова оптична технология е да замени традиционната оптикафотодетекторвмикровълнова фотонна връзкас високочувствителен единичен фотонен фотодетектор. Това позволява на системата да работи при изключително ниски нива на оптична мощност, дори до нивото на един фотон, като същевременно потенциално увеличава честотната лента.
Типичните квантови микровълнови фотонни системи включват: 1. Еднофотонни източници (напр. атенюирани лазери 2.Електрооптичен модулаторза кодиране на микровълнови/RF сигнали 3. Компонент за обработка на оптичен сигнал4. Единични фотонни детектори (напр. свръхпроводящи нанопроводникови детектори) 5. Електронни устройства с времезависимо броене на единични фотони (TCSPC)
Фигура 1 показва сравнението между традиционните микровълнови фотонни връзки и квантовите микровълнови фотонни връзки:
Ключовата разлика е използването на единични фотонни детектори и TCSPC модули вместо високоскоростни фотодиоди. Това позволява откриването на изключително слаби сигнали, като се надяваме, че изтласква честотната лента отвъд границите на традиционните фотодетектори.
Схема за откриване на единичен фотон
Схемата за откриване на единичен фотон е много важна за квантовите микровълнови фотонни системи. Принципът на работа е следният: 1. Периодичният задействащ сигнал, синхронизиран с измерения сигнал, се изпраща към модула TCSPC. 2. Единичният фотонен детектор извежда поредица от импулси, които представляват откритите фотони. 3. Модулът TCSPC измерва разликата във времето между тригерния сигнал и всеки открит фотон. 4. След няколко цикъла на задействане се установява хистограмата на времето на откриване. 5. Хистограмата може да възстанови формата на вълната на оригиналния сигнал. Математически може да се покаже, че вероятността за откриване на фотон в даден момент е пропорционална на оптичната мощност в този момент. Следователно хистограмата на времето за откриване може точно да представи формата на вълната на измерения сигнал.
Основни предимства на квантовата микровълнова оптична технология
В сравнение с традиционните микровълнови оптични системи, квантовата микровълнова фотоника има няколко ключови предимства: 1. Свръхвисока чувствителност: Открива изключително слаби сигнали до ниво на единичен фотон. 2. Увеличаване на широчината на честотната лента: не е ограничено от широчината на честотната лента на фотодетектора, повлияно само от трептенето на времето на единичния фотонен детектор. 3. Подобрена защита срещу смущения: TCSPC реконструкцията може да филтрира сигнали, които не са заключени към тригера. 4. По-нисък шум: Избягвайте шума, причинен от традиционното фотоелектрическо откриване и усилване.
Време на публикуване: 27 август 2024 г