Kvantmikrovågsoptisk teknik

Kvantmikrovågsoptiskteknologi
Mikrovågsoptisk teknikhar blivit ett kraftfullt område som kombinerar fördelarna med optisk och mikrovågsteknik inom signalbehandling, kommunikation, avkänning och andra aspekter. Konventionella mikrovågsfotoniska system står emellertid inför vissa viktiga begränsningar, särskilt när det gäller bandbredd och känslighet. För att övervinna dessa utmaningar börjar forskare utforska kvantmikrovågsfotonik - ett spännande nytt område som kombinerar begreppen kvantteknik med mikrovågsfotonik.

Grunder för kvantmikrovågsoptisk teknik
Kärnan i kvantmikrovågsoptisk teknik är att ersätta den traditionella optiskafotodetektoriMikrovågsfotonlänkmed en högkänslig enstaka fotonfotodetektor. Detta gör det möjligt för systemet att arbeta med extremt låga optiska effektnivåer, även ner till enfotonnivån, samtidigt som det potentiellt ökar bandbredden.
Typiska kvantmikrovågsfotonsystem inkluderar: 1. Enkelfotonkällor (t.ex. dämpade lasrar 2.Elektrooptisk modulatorFör kodning av mikrovågsugn/RF -signaler 3. Optisk signalbehandlingskomponent4. Enkel fotondetektorer (t.ex. superledande nanowire -detektorer) 5. Tidsberoende enstaka fotonräkning (TCSPC) elektroniska enheter
Figur 1 visar jämförelsen mellan traditionella mikrovågsfotonlänkar och kvantmikrovågsfotonlänkar:

Den viktigaste skillnaden är användningen av enstaka fotondetektorer och TCSPC-moduler istället för höghastighetsfotodioder. Detta möjliggör detektering av extremt svaga signaler, samtidigt som man förhoppningsvis pressar bandbredden utöver gränserna för traditionella fotodetektorer.

Single Photon Detection Scheme
Single Photon Detection Scheme är mycket viktigt för kvantmikrovågsfotonsystem. Arbetsprincipen är som följer: 1. Den periodiska trigger -signalen synkroniserad med den uppmätta signalen skickas till TCSPC -modulen. 2. Den enda fotonetektorn matar ut en serie pulser som representerar de detekterade fotonerna. 3. TCSPC -modulen mäter tidsskillnaden mellan triggersignalen och varje detekterad foton. 4. Efter flera triggerslingor upprättas detektionstidshistogrammet. 5. Histogrammet kan rekonstruera vågformen för den ursprungliga signalen. Matematiskt kan det visas att sannolikheten för att upptäcka en foton vid en given tidpunkt är proportionell mot den optiska kraften vid den tiden. Därför kan detektionstidens histogram exakt representera vågformen för den uppmätta signalen.

Viktiga fördelar med kvantmikrovågsoptisk teknik
Jämfört med traditionella mikrovågsoptiska system har kvantmikrovågsfotonik flera viktiga fördelar: 1. Ultrahög känslighet: upptäcker extremt svaga signaler ner till den enda fotonnivån. 2. Ökning av bandbredden: Inte begränsad av bandbredden för fotodetektorn, endast påverkad av tidpunkten för den enskilda fotonetektorn. 3. Förbättrad anti-interferens: TCSPC-rekonstruktion kan filtrera bort signaler som inte är låsta till avtryckaren. 4. Lägre brus: Undvik bruset orsakat av traditionell fotoelektrisk detektion och förstärkning.