Kvantemikrobølge optiskteknologi
Mikrobølgeoptisk teknologier blevet et stærkt felt, der kombinerer fordelene ved optisk og mikrobølgeteknologi inden for signalbehandling, kommunikation, sansning og andre aspekter. Konventionelle mikrobølgefotoniske systemer står dog over for nogle vigtige begrænsninger, især med hensyn til båndbredde og følsomhed. For at overvinde disse udfordringer begynder forskere at udforske kvantemikrobølgefotonik - et spændende nyt felt, der kombinerer begreberne kvanteteknologi med mikrobølgefotonik.
Grundlæggende om kvantemikrobølgeoptisk teknologi
Kernen i kvantemikrobølgeoptisk teknologi er at erstatte den traditionelle optiskefotodetektorimikrobølge foton linkmed en højfølsom enkelt foton fotodetektor. Dette gør det muligt for systemet at fungere ved ekstremt lave optiske effektniveauer, selv ned til enkeltfotonniveauet, samtidig med at det potentielt øger båndbredden.
Typiske kvantemikrobølgefotonsystemer omfatter: 1. Enkeltfotonkilder (f.eks. svækkede lasere 2.Elektro-optisk modulatortil kodning af mikrobølge/RF-signaler 3. Optisk signalbehandlingskomponent4. Enkeltfotondetektorer (f.eks. superledende nanotrådsdetektorer) 5. Tidsafhængige elektroniske enheder til tælling af enkeltfoton (TCSPC)
Figur 1 viser sammenligningen mellem traditionelle mikrobølgefotonlinks og kvantemikrobølgefotonlinks:
Den vigtigste forskel er brugen af enkeltfotondetektorer og TCSPC-moduler i stedet for højhastighedsfotodioder. Dette muliggør detektering af ekstremt svage signaler, mens det forhåbentlig skubber båndbredden ud over grænserne for traditionelle fotodetektorer.
Enkelt foton detektionsskema
Enkeltfotondetektionsskemaet er meget vigtigt for kvantemikrobølgefotonsystemer. Arbejdsprincippet er som følger: 1. Det periodiske triggersignal synkroniseret med det målte signal sendes til TCSPC-modulet. 2. Enkeltfotondetektoren udsender en serie af impulser, der repræsenterer de detekterede fotoner. 3. TCSPC-modulet måler tidsforskellen mellem triggersignalet og hver detekteret foton. 4. Efter adskillige triggerloops etableres detektionstidshistogrammet. 5. Histogrammet kan rekonstruere bølgeformen af det oprindelige signal. Matematisk kan det vises, at sandsynligheden for at detektere en foton på et givet tidspunkt er proportional med den optiske effekt på det tidspunkt. Derfor kan histogrammet for detektionstiden nøjagtigt repræsentere bølgeformen af det målte signal.
De vigtigste fordele ved optisk kvantemikrobølgeteknologi
Sammenlignet med traditionelle optiske mikrobølgesystemer har kvantemikrobølgefotonik flere vigtige fordele: 1. Ultrahøj følsomhed: Registrerer ekstremt svage signaler ned til enkeltfotonniveau. 2. Båndbreddeforøgelse: ikke begrænset af fotodetektorens båndbredde, kun påvirket af timing-jitteren af enkeltfotondetektoren. 3. Forbedret anti-interferens: TCSPC-rekonstruktion kan bortfiltrere signaler, der ikke er låst til triggeren. 4. Lavere støj: Undgå støj forårsaget af traditionel fotoelektrisk detektion og forstærkning.
Indlægstid: 27. august 2024