Квантовыймикроволновый оптическийтехнология
Микроволновая оптическая технологиястала мощной областью, сочетающей преимущества оптических и микроволновых технологий в обработке сигналов, связи, считывании и других аспектах. Однако традиционные микроволновые фотонные системы сталкиваются с рядом существенных ограничений, особенно в плане пропускной способности и чувствительности. Чтобы преодолеть эти трудности, исследователи начинают изучать квантовую микроволновую фотонику – многообещающее новое направление, сочетающее концепции квантовой технологии с микроволновой фотоникой.
Основы квантовой микроволновой оптической технологии
Суть квантовой микроволновой оптической технологии заключается в замене традиционных оптическихфотодетекторвмикроволновая фотонная связьс высокочувствительным однофотонным фотодетектором. Это позволяет системе работать при крайне низких уровнях оптической мощности, вплоть до уровня однофотонного излучения, а также потенциально расширять полосу пропускания.
Типичные квантовые микроволновые фотонные системы включают в себя: 1. Источники одиночных фотонов (например, ослабленные лазеры). 2.Электрооптический модулятордля кодирования микроволновых/радиочастотных сигналов 3. Компонент обработки оптических сигналов 4. Детекторы одиночных фотонов (например, детекторы на основе сверхпроводящих нанопроволок) 5. Электронные устройства для счёта одиночных фотонов с временной зависимостью (TCSPC)
На рисунке 1 показано сравнение традиционных микроволновых фотонных линий связи и квантовых микроволновых фотонных линий связи:
Ключевое отличие заключается в использовании детекторов одиночных фотонов и модулей TCSPC вместо высокоскоростных фотодиодов. Это позволяет обнаруживать даже очень слабые сигналы, одновременно расширяя полосу пропускания за пределы возможностей традиционных фотодетекторов.
Схема обнаружения одиночных фотонов
Схема детектирования одиночных фотонов крайне важна для квантовых микроволновых фотонных систем. Принцип работы следующий: 1. Периодический сигнал триггера, синхронизированный с измеряемым сигналом, поступает на модуль TCSPC. 2. Детектор одиночных фотонов выдает серию импульсов, представляющих зарегистрированные фотоны. 3. Модуль TCSPC измеряет разницу во времени между сигналом триггера и каждым зарегистрированным фотоном. 4. После нескольких циклов триггера формируется гистограмма времени детектирования. 5. Гистограмма позволяет восстановить форму исходного сигнала. Математически можно показать, что вероятность обнаружения фотона в заданный момент времени пропорциональна оптической мощности в этот момент. Следовательно, гистограмма времени детектирования может точно отражать форму измеряемого сигнала.
Ключевые преимущества квантовой микроволновой оптической технологии
По сравнению с традиционными микроволновыми оптическими системами квантовая микроволновая фотоника обладает рядом ключевых преимуществ: 1. Сверхвысокая чувствительность: обнаруживает крайне слабые сигналы вплоть до уровня отдельных фотонов. 2. Расширенная полоса пропускания: не ограничивается полосой пропускания фотодетектора, а зависит только от временного дрожания детектора отдельных фотонов. 3. Улучшенная защита от помех: реконструкция TCSPC позволяет отфильтровывать сигналы, не привязанные к триггеру. 4. Низкий уровень шума: позволяет избежать шума, вызванного традиционным фотоэлектрическим обнаружением и усилением.
Время публикации: 27 августа 2024 г.