Kwantummicrogolfoptische technologie

Quantummicrogolf optischetechnologie
Microgolf optische technologieHet is uitgegroeid tot een krachtig vakgebied dat de voordelen van optische en microgolftechnologie combineert in signaalverwerking, communicatie, detectie en andere aspecten. Conventionele microgolf-fotonische systemen kampen echter met enkele belangrijke beperkingen, met name op het gebied van bandbreedte en gevoeligheid. Om deze uitdagingen te overwinnen, beginnen onderzoekers zich te verdiepen in kwantum-microgolf-fotonica – een veelbelovend nieuw vakgebied dat de concepten van kwantumtechnologie combineert met microgolf-fotonica.

Grondbeginselen van kwantummicrogolfoptische technologie
De kern van kwantummicrogolfoptische technologie is het vervangen van traditionele optische systemen.fotodetectorin demicrogolf fotonenlinkmet een zeer gevoelige fotodetector voor individuele fotonen. Hierdoor kan het systeem werken met extreem lage optische vermogensniveaus, zelfs tot op het niveau van individuele fotonen, terwijl de bandbreedte mogelijk ook wordt vergroot.
Typische kwantummicrogolf-fotonsystemen omvatten: 1. Enkelvoudige fotonbronnen (bijv. verzwakte lasers) 2.Elektro-optische modulator1. Voor het coderen van microgolf-/RF-signalen 2. Optische signaalverwerkingscomponent 3. Enkelvoudige fotondetectoren (bijv. supergeleidende nanodraaddetectoren) 4. Tijdsafhankelijke enkelvoudige fotontelling (TCSPC) elektronische apparaten
Figuur 1 toont de vergelijking tussen traditionele microgolf-fotonverbindingen en kwantum-microgolf-fotonverbindingen:

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 de limieten van traditionele fotodetectoren overstijgt.

Detectieschema voor één enkel foton
Het detectieschema voor individuele fotonen is van groot belang voor kwantummicrogolf-fotonsystemen. Het werkingsprincipe is als volgt: 1. Een periodiek triggersignaal, gesynchroniseerd met het gemeten signaal, wordt naar de TCSPC-module gestuurd. 2. De individuele fotondetector genereert een reeks pulsen die de gedetecteerde fotonen representeren. 3. De TCSPC-module meet het tijdsverschil tussen het triggersignaal en elk gedetecteerd foton. 4. Na een aantal triggercycli wordt een histogram van de detectietijd opgesteld. 5. Het histogram kan de golfvorm van het oorspronkelijke signaal reconstrueren. Mathematisch gezien kan worden aangetoond dat de kans op detectie 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 heeft kwantummicrogolffotonica verschillende belangrijke voordelen: 1. Ultrahoge gevoeligheid: detecteert extreem zwakke signalen tot op het niveau van een enkel foton. 2. Verhoogde bandbreedte: niet beperkt door de bandbreedte van de fotodetector, alleen beïnvloed door de timingjitter van de enkelvoudige fotondetector. 3. Verbeterde anti-interferentie: TCSPC-reconstructie kan signalen filteren die niet gesynchroniseerd zijn met de trigger. 4. Lagere ruis: vermijdt de ruis die wordt veroorzaakt door traditionele foto-elektrische detectie en versterking.