Quantummicrogolf optischetechnologie
Optische microgolftechnologieis uitgegroeid tot een krachtig vakgebied dat de voordelen van optische en microgolftechnologie combineert op het gebied van signaalverwerking, communicatie, detectie en andere aspecten. Conventionele microgolffotonische systemen kampen echter met een aantal belangrijke beperkingen, met name wat betreft bandbreedte en gevoeligheid. Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, beginnen onderzoekers zich te verdiepen in kwantummicrogolffotonica – een spannend nieuw vakgebied dat de concepten van kwantumtechnologie combineert met microgolffotonica.
Basisprincipes van kwantummicrogolfoptische technologie
De kern van de kwantummicrogolf-optische technologie is het vervangen van de traditionele optischefotodetectorin demicrogolf-fotonenverbindingMet een zeer gevoelige enkelvoudige fotonfotodetector. Hierdoor kan het systeem werken met extreem lage optische vermogensniveaus, zelfs tot op het niveau van een enkelvoudig foton, en tegelijkertijd de bandbreedte vergroten.
Typische kwantummicrogolffotonsystemen omvatten: 1. Enkelvoudige fotonbronnen (bijvoorbeeld verzwakte lasers 2.Elektro-optische modulatorvoor het coderen van microgolf-/RF-signalen 3. Optische signaalverwerkingscomponent 4. Enkelvoudige fotondetectoren (bijv. supergeleidende nanodraaddetectoren) 5. Elektronische apparaten met tijdsafhankelijke enkelvoudige fotontelling (TCSPC)
Figuur 1 toont de vergelijking tussen traditionele microgolf-fotonenverbindingen en kwantummicrogolf-fotonenverbindingen:
Het belangrijkste verschil is het gebruik van enkelvoudige fotondetectoren en TCSPC-modules in plaats van snelle fotodiodes. Dit maakt de detectie van extreem zwakke signalen mogelijk, terwijl hopelijk de bandbreedte verder wordt vergroot dan de grenzen van traditionele fotodetectoren.
Detectieschema voor één foton
Het detectieschema voor enkelvoudige fotonen is zeer 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 enkelvoudige-fotondetector geeft een reeks pulsen af 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 kan worden aangetoond dat de waarschijnlijkheid van het detecteren van een foton op een bepaald tijdstip evenredig is met het optische vermogen op dat tijdstip. Daarom kan het histogram van de detectietijd de golfvorm van het gemeten signaal nauwkeurig weergeven.
Belangrijkste voordelen van kwantummicrogolfoptische technologie
Vergeleken met traditionele optische microgolfsystemen biedt kwantummicrogolffotonica verschillende belangrijke voordelen: 1. Ultrahoge gevoeligheid: detecteert extreem zwakke signalen tot op het niveau van één foton. 2. Vergroting van de bandbreedte: niet beperkt door de bandbreedte van de fotodetector, alleen beïnvloed door de timingjitter van de detector voor één foton. 3. Verbeterde anti-interferentie: TCSPC-reconstructie kan signalen filteren die niet op de trigger zijn vergrendeld. 4. Minder ruis: vermijd de ruis die wordt veroorzaakt door traditionele foto-elektrische detectie en versterking.
Plaatsingstijd: 27-08-2024