Quantummagnetron optischtechnologie
Microgolf optische technologieis een krachtig veld geworden, waarin de voordelen van optische en microgolftechnologie op het gebied van signaalverwerking, communicatie, detectie en andere aspecten worden gecombineerd. Conventionele microgolffotonische systemen worden echter geconfronteerd met enkele belangrijke beperkingen, vooral in termen van bandbreedte en gevoeligheid. Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, beginnen onderzoekers kwantummicrogolffotonica te verkennen – een opwindend nieuw vakgebied dat de concepten van kwantumtechnologie combineert met microgolffotonica.
Grondbeginselen van optische kwantummicrogolftechnologie
De kern van de optische kwantummicrogolftechnologie is het vervangen van de traditionele optische technologiefotodetectorin demicrogolffotonverbindingmet een hooggevoelige fotodetector met enkele foton. Hierdoor kan het systeem werken met extreem lage optische vermogensniveaus, zelfs tot op het niveau van één foton, terwijl mogelijk ook de bandbreedte wordt vergroot.
Typische kwantummicrogolffotonsystemen zijn onder meer: 1. Bronnen met één foton (bijv. verzwakte lasers 2.Elektro-optische modulatorvoor het coderen van microgolf-/RF-signalen 3. Component voor optische signaalverwerking4. Detectoren voor afzonderlijke fotonen (bijv. supergeleidende nanodraaddetectoren) 5. Elektronische apparaten voor tijdsafhankelijke telling van afzonderlijke fotonen (TCSPC)
Figuur 1 toont de vergelijking tussen traditionele microgolffotonverbindingen en kwantummicrogolffotonverbindingen:
Het belangrijkste verschil is het gebruik van enkele fotondetectoren en TCSPC-modules in plaats van snelle fotodiodes. Dit maakt de detectie van extreem zwakke signalen mogelijk, terwijl hopelijk de bandbreedte voorbij de grenzen van traditionele fotodetectoren wordt geduwd.
Detectieschema voor enkele fotonen
Het detectieschema voor enkele fotonen is erg belangrijk voor kwantummicrogolffotonsystemen. Het werkingsprincipe is als volgt: 1. Het periodieke triggersignaal, gesynchroniseerd met het gemeten signaal, wordt naar de TCSPC-module gestuurd. 2. De enkele fotondetector voert een reeks pulsen uit die de gedetecteerde fotonen vertegenwoordigen. 3. De TCSPC-module meet het tijdsverschil tussen het triggersignaal en elk gedetecteerd foton. 4. Na verschillende triggerlussen wordt het detectietijdhistogram opgesteld. 5. Het histogram kan de golfvorm van het oorspronkelijke signaal reconstrueren. Wiskundig gezien kan worden aangetoond dat de waarschijnlijkheid van het detecteren van een foton op een bepaald tijdstip evenredig is aan het optische vermogen op dat moment. Daarom kan het histogram van de detectietijd nauwkeurig de golfvorm van het gemeten signaal weergeven.
Belangrijkste voordelen van optische kwantummicrogolftechnologie
Vergeleken met traditionele optische microgolfsystemen heeft kwantummicrogolffotonica een aantal belangrijke voordelen: 1. Ultrahoge gevoeligheid: detecteert extreem zwakke signalen tot op het niveau van één enkel foton. 2. Toename van de bandbreedte: niet beperkt door de bandbreedte van de fotodetector, alleen beïnvloed door de timingjitter van de enkele fotondetector. 3. Verbeterde anti-interferentie: TCSPC-reconstructie kan signalen filteren die niet aan de trigger zijn gekoppeld. 4. Minder ruis: vermijd de ruis veroorzaakt door traditionele foto-elektrische detectie en versterking.
Posttijd: 27 augustus 2024