Optisk kvantemikrobølgeteknologi

Kvantemikrobølge optiskteknologi
Mikrobølgeoptisk teknologihar blitt et kraftig felt, som kombinerer fordelene med optisk og mikrobølgeteknologi innen signalbehandling, kommunikasjon, sensing og andre aspekter. Imidlertid står konvensjonelle mikrobølgefotoniske systemer overfor noen viktige begrensninger, spesielt når det gjelder båndbredde og følsomhet. For å overvinne disse utfordringene begynner forskere å utforske kvantemikrobølgefotonikk – et spennende nytt felt som kombinerer konseptene kvanteteknologi med mikrobølgefotonikk.

Grunnleggende om optisk kvantemikrobølgeteknologi
Kjernen i kvantemikrobølgeoptisk teknologi er å erstatte den tradisjonelle optiskefotodetektorimikrobølgefotonkoblingmed en høyfølsom enkelt foton fotodetektor. Dette gjør at systemet kan operere med ekstremt lave optiske effektnivåer, helt ned til enkeltfotonnivået, samtidig som det potensielt øker båndbredden.
Typiske kvantemikrobølgefotonsystemer inkluderer: 1. Enkeltfotonkilder (f.eks. svekkede lasere 2.Elektro-optisk modulatorfor koding av mikrobølge/RF-signaler 3. Optisk signalbehandlingskomponent4. Enkeltfotondetektorer (f.eks. superledende nanotråddetektorer) 5. Tidsavhengige elektroniske enheter for enkeltfotontelling (TCSPC)
Figur 1 viser sammenligningen mellom tradisjonelle mikrobølgefotonkoblinger og kvantemikrobølgefotonkoblinger:

Hovedforskjellen er bruken av enkeltfotondetektorer og TCSPC-moduler i stedet for høyhastighetsfotodioder. Dette muliggjør deteksjon av ekstremt svake signaler, samtidig som det forhåpentligvis skyver båndbredden utover grensene for tradisjonelle fotodetektorer.

Enkeltfotondeteksjonsskjema
Enkeltfotondeteksjonsskjemaet er veldig viktig for kvantemikrobølgefotonsystemer. Arbeidsprinsippet er som følger: 1. Det periodiske triggersignalet synkronisert med det målte signalet sendes til TCSPC-modulen. 2. Enkeltfotondetektoren sender ut en serie pulser som representerer de detekterte fotonene. 3. TCSPC-modulen måler tidsforskjellen mellom triggersignalet og hvert detekterte foton. 4. Etter flere triggerløkker etableres deteksjonstidshistogrammet. 5. Histogrammet kan rekonstruere bølgeformen til det opprinnelige signalet. Matematisk kan det vises at sannsynligheten for å oppdage et foton på et gitt tidspunkt er proporsjonal med den optiske effekten på det tidspunktet. Derfor kan histogrammet til deteksjonstiden nøyaktig representere bølgeformen til det målte signalet.

Viktige fordeler med optisk kvantemikrobølgeteknologi
Sammenlignet med tradisjonelle mikrobølgeoptiske systemer har kvantemikrobølgefotonikk flere viktige fordeler: 1. Ultrahøy følsomhet: Oppdager ekstremt svake signaler ned til enkeltfotonnivå. 2. Båndbreddeøkning: ikke begrenset av båndbredden til fotodetektoren, kun påvirket av timing-jitteren til enkeltfotondetektoren. 3. Forbedret antiinterferens: TCSPC-rekonstruksjon kan filtrere ut signaler som ikke er låst til utløseren. 4. Lavere støy: Unngå støy forårsaket av tradisjonell fotoelektrisk deteksjon og forsterkning.