Kvantemikrobølgeoptiskteknologi
Mikrobølgeoptisk teknologier blevet et stærkt felt, der kombinerer fordelene ved optisk teknologi og mikrobølgeteknologi inden for signalbehandling, kommunikation, sensorer og andre aspekter. Konventionelle mikrobølgefotoniske systemer står dog over for nogle centrale begrænsninger, især med hensyn til båndbredde og følsomhed. For at overvinde disse udfordringer er forskere begyndt at udforske kvantemikrobølgefotonik – et spændende nyt felt, der kombinerer koncepterne kvanteteknologi med mikrobølgefotonik.
Grundlæggende om kvantemikrobølgeoptisk teknologi
Kernen i kvantemikrobølgeoptisk teknologi er at erstatte den traditionelle optiskefotodetektorimikrobølgefotonlinkmed en højfølsom enkeltfoton-fotodetektor. Dette gør det muligt for systemet at operere ved ekstremt lave optiske effektniveauer, selv ned til enkeltfotonniveau, samtidig med at det potentielt øger båndbredden.
Typiske kvantemikrobølgefotonsystemer omfatter: 1. Enkeltfotonkilder (f.eks. dæmpede lasere 2.Elektrooptisk modulator1. Til kodning af mikrobølge-/RF-signaler 2. Optisk signalbehandlingskomponent 3. Enkeltfotondetektorer (f.eks. superledende nanotrådsdetektorer) 4. Tidsafhængige elektroniske enheder til enkeltfotontælling (TCSPC)
Figur 1 viser sammenligningen mellem traditionelle mikrobølgefotonlinks og kvantemikrobølgefotonlinks:
Den væsentligste forskel er brugen af enkeltfotondetektorer og TCSPC-moduler i stedet for højhastighedsfotodioder. Dette muliggør detektering af ekstremt svage signaler, samtidig med at båndbredden forhåbentlig flyttes ud over grænserne for traditionelle fotodetektorer.
Enkeltfotondetektionsskema
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 række pulser, der repræsenterer de detekterede fotoner. 3. TCSPC-modulet måler tidsforskellen mellem triggersignalet og hver detekteret foton. 4. Efter flere 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 detektionstidspunktet nøjagtigt repræsentere bølgeformen af det målte signal.
Vigtige fordele ved kvantemikrobølgeoptisk teknologi
Sammenlignet med traditionelle mikrobølgeoptiske systemer har kvantemikrobølgefotonik flere vigtige fordele: 1. Ultrahøj følsomhed: Detekterer ekstremt svage signaler ned til enkeltfotonniveau. 2. Forøgelse af båndbredde: Ikke begrænset af fotodetektorens båndbredde, kun påvirket af timing-jitteren i enkeltfotondetektoren. 3. Forbedret anti-interferens: TCSPC-rekonstruktion kan filtrere signaler fra, der ikke er låst til triggeren. 4. Lavere støj: Undgå støj forårsaget af traditionel fotoelektrisk detektion og forstærkning.
Opslagstidspunkt: 27. august 2024