Kvantummikrohullámú optikaitechnológia
Mikrohullámú optikai technológiaerőteljes területté vált, amely ötvözi az optikai és a mikrohullámú technológia előnyeit a jelfeldolgozásban, a kommunikációban, az érzékelésben és egyéb területeken. A hagyományos mikrohullámú fotonikus rendszerek azonban néhány kulcsfontosságú korlátozással szembesülnek, különösen a sávszélesség és az érzékenység tekintetében. Ezen kihívások leküzdésére a kutatók elkezdték felfedezni a kvantum-mikrohullámú fotonikát – egy izgalmas új területet, amely a kvantumtechnológia és a mikrohullámú fotonika koncepcióit ötvözi.
A kvantum-mikrohullámú optikai technológia alapjai
A kvantum-mikrohullámú optikai technológia lényege, hogy felváltsa a hagyományos optikai technológiátfotodetektoramikrohullámú fotonkapcsolategy nagy érzékenységű, egyfotonos fotodetektorral. Ez lehetővé teszi a rendszer számára, hogy rendkívül alacsony optikai teljesítményszinten, akár egyfotonos szinten is működjön, miközben potenciálisan növelheti a sávszélességet.
A tipikus kvantum mikrohullámú fotonrendszerek a következők: 1. Egyfoton források (pl. csillapított lézerek) 2.Elektrooptikai modulátormikrohullámú/RF jelek kódolására 3. Optikai jelfeldolgozó komponens 4. Egyfoton detektorok (pl. szupravezető nanohuzal detektorok) 5. Időfüggő egyfoton számláló (TCSPC) elektronikus eszközök
Az 1. ábra a hagyományos mikrohullámú fotonkapcsolatok és a kvantum mikrohullámú fotonkapcsolatok összehasonlítását mutatja:
A legfontosabb különbség az egyfotonos detektorok és a TCSPC modulok használata a nagysebességű fotodiódák helyett. Ez lehetővé teszi a rendkívül gyenge jelek detektálását, miközben remélhetőleg a sávszélességet a hagyományos fotodetektorok határain túlra emeli.
Egyetlen foton detektálási séma
Az egyfotonos detektálási séma nagyon fontos a kvantum-mikrohullámú fotonrendszereknél. A működési elv a következő: 1. A mért jellel szinkronizált periodikus triggerjelet a TCSPC modulnak küldik. 2. Az egyfotonos detektor impulzussorozatot ad ki, amely a detektált fotonokat reprezentálja. 3. A TCSPC modul méri az időeltolódást a triggerjel és az egyes detektált fotonok között. 4. Több triggerhurok után létrejön a detektálási idő hisztogramja. 5. A hisztogram képes rekonstruálni az eredeti jel hullámformáját. Matematikailag kimutatható, hogy egy foton detektálásának valószínűsége egy adott időpontban arányos az akkori optikai teljesítménnyel. Ezért a detektálási idő hisztogramja pontosan képes ábrázolni a mért jel hullámformáját.
A kvantum-mikrohullámú optikai technológia fő előnyei
A hagyományos mikrohullámú optikai rendszerekkel összehasonlítva a kvantum-mikrohullámú fotonika számos kulcsfontosságú előnnyel rendelkezik: 1. Rendkívül nagy érzékenység: Rendkívül gyenge jeleket érzékel egészen az egyes fotonok szintjéig. 2. Sávszélesség növelése: nem korlátozza a fotodetektor sávszélessége, csak az egyfoton detektor időzítési jittere befolyásolja. 3. Fokozott interferenciavédelem: A TCSPC rekonstrukció képes kiszűrni azokat a jeleket, amelyek nincsenek rögzítve a triggerhez. 4. Alacsonyabb zajszint: Elkerüli a hagyományos fotoelektromos detektálás és erősítés által okozott zajt.
Közzététel ideje: 2024. augusztus 27.