Kvantemikrobølgeoptisk teknologi

Kvantemikrobølgeoptiskteknologi
Mikrobølgeoptisk teknologihar blitt et kraftig felt som kombinerer fordelene med optisk og mikrobølgeteknologi innen signalbehandling, kommunikasjon, sensorikk og andre aspekter. Konvensjonelle mikrobølgefotoniske systemer står imidlertid 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 kvantemikrobølgeoptisk teknologi
Kjernen i kvantemikrobølgeoptisk teknologi er å erstatte den tradisjonelle optiskefotodetektorimikrobølgefotonkoblingmed en høyfølsom enkeltfoton-fotodetektor. Dette gjør at systemet kan operere ved ekstremt lave optiske effektnivåer, helt ned til enkeltfotonnivået, samtidig som det potensielt øker båndbredden.
Typiske kvantemikrobølgefotonsystemer inkluderer: 1. Enkeltfotonkilder (f.eks. svekkede lasere 2.Elektrooptisk modulator1. For koding av mikrobølge-/RF-signaler 2. Optisk signalbehandlingskomponent 3. Enkeltfotondetektorer (f.eks. superledende nanotråddetektorer) 4. Tidsavhengige elektroniske enheter for enkeltfotontelling (TCSPC)
Figur 1 viser sammenligningen mellom tradisjonelle mikrobølgefotonlenker og kvantemikrobølgefotonlenker:

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

Enkeltfotondeteksjonsskjema
Enkeltfotondeteksjonsskjemaet er svært 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 detektere et foton på et gitt tidspunkt er proporsjonal med den optiske effekten på det tidspunktet. Derfor kan histogrammet for deteksjonstidspunktet nøyaktig representere bølgeformen til det målte signalet.

Viktige fordeler med kvantemikrobølgeoptisk teknologi
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 fotodetektorens båndbredde, kun påvirket av tidsjitteren til enkeltfotondetektoren. 3. Forbedret anti-interferens: TCSPC-rekonstruksjon kan filtrere ut signaler som ikke er låst til avtrekkeren. 4. Lavere støy: Unngå støyen forårsaket av tradisjonell fotoelektrisk deteksjon og forsterkning.