Квантовыймикроволновый оптическийтехнология
Микроволновая оптическая технологиястала мощной областью, объединяющей преимущества оптической и микроволновой технологии в обработке сигналов, коммуникации, считывании и других аспектах. Однако обычные микроволновые фотонные системы сталкиваются с некоторыми ключевыми ограничениями, особенно в плане пропускной способности и чувствительности. Чтобы преодолеть эти проблемы, исследователи начинают изучать квантовую микроволновую фотонику — захватывающую новую область, которая объединяет концепции квантовой технологии с микроволновой фотоникой.
Основы квантовой микроволновой оптической технологии
Суть квантовой микроволновой оптической технологии заключается в замене традиционной оптическойфотодетекторвмикроволновая фотонная связьс высокочувствительным однофотонным фотодетектором. Это позволяет системе работать на чрезвычайно низких уровнях оптической мощности, вплоть до однофотонного уровня, а также потенциально увеличивать пропускную способность.
Типичные квантовые микроволновые фотонные системы включают в себя: 1. Источники одиночных фотонов (например, ослабленные лазеры). 2.Электрооптический модулятордля кодирования микроволновых/РЧ сигналов 3. Компонент обработки оптического сигнала 4. Детекторы одиночных фотонов (например, детекторы на основе сверхпроводящих нанопроволок) 5. Электронные устройства для подсчета 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 чрезвычайно слабые сигналы, при этом, как мы надеемся, расширяя полосу пропускания за пределы традиционных фотодетекторов.
Схема обнаружения одиночных фотонов
Схема обнаружения одиночных фотонов очень важна для квантовых микроволновых фотонных систем. Принцип работы следующий: 1. Периодический сигнал запуска, синхронизированный с измеряемым сигналом, отправляется в модуль TCSPC. 2. Детектор одиночных фотонов выдает серию импульсов, которые представляют обнаруженные фотоны. 3. Модуль TCSPC измеряет разницу во времени между сигналом запуска и каждым обнаруженным фотоном. 4. После нескольких циклов запуска устанавливается гистограмма времени обнаружения. 5. Гистограмма может реконструировать форму волны исходного сигнала. Математически можно показать, что вероятность обнаружения фотона в заданное время пропорциональна оптической мощности в это время. Следовательно, гистограмма времени обнаружения может точно представлять форму волны измеренного сигнала.
Основные преимущества квантовой микроволновой оптической технологии
По сравнению с традиционными микроволновыми оптическими системами квантовая микроволновая фотоника имеет несколько ключевых преимуществ: 1. Сверхвысокая чувствительность: обнаруживает чрезвычайно слабые сигналы вплоть до уровня отдельных фотонов. 2. Увеличение полосы пропускания: не ограничивается полосой пропускания фотодетектора, на нее влияет только временной джиттер детектора отдельных фотонов. 3. Улучшенная защита от помех: реконструкция TCSPC может отфильтровывать сигналы, которые не привязаны к триггеру. 4. Низкий уровень шума: избегает шума, вызванного традиционным фотоэлектрическим обнаружением и усилением.
Время публикации: 27-авг-2024