Квантовыймикроволновый оптическийтехнология
Микроволновая оптическая технологиястала мощной областью, сочетающей в себе преимущества оптических и микроволновых технологий в обработке сигналов, связи, зондировании и других аспектах. Однако традиционные микроволновые фотонные системы сталкиваются с некоторыми ключевыми ограничениями, особенно с точки зрения ширины полосы пропускания и чувствительности. Чтобы преодолеть эти проблемы, исследователи начинают изучать квантовую микроволновую фотонику – захватывающую новую область, которая сочетает в себе концепции квантовой технологии с микроволновой фотоникой.
Основы квантовой микроволновой оптической технологии
Суть квантовой микроволновой оптической технологии заключается в замене традиционных оптических технологий.фотодетекторвмикроволновая фотонная связьс высокочувствительным однофотонным фотодетектором. Это позволяет системе работать на чрезвычайно низких уровнях оптической мощности, вплоть до уровня одиночных фотонов, а также потенциально увеличивает пропускную способность.
Типичные квантовые микроволновые фотонные системы включают в себя: 1. Однофотонные источники (например, ослабленные лазеры 2.Электрооптический модулятордля кодирования СВЧ/РЧ сигналов 3. Компонент обработки оптического сигнала4. Детекторы одиночных фотонов (например, детекторы на основе сверхпроводящих нанопроволок) 5. Электронные устройства для подсчета одиночных фотонов, зависящие от времени (TCSPC).
На рисунке 1 показано сравнение традиционных микроволновых фотонных связей и квантовых микроволновых фотонных связей:
Ключевым отличием является использование детекторов одиночных фотонов и модулей TCSPC вместо высокоскоростных фотодиодов. Это позволяет обнаруживать чрезвычайно слабые сигналы, одновременно расширяя полосу пропускания за пределы традиционных фотодетекторов.
Схема обнаружения одиночных фотонов
Схема регистрации 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 триггерным сигналом и каждым обнаруженным фотоном. 4. После нескольких циклов запуска устанавливается гистограмма времени обнаружения. 5. Гистограмма может восстановить форму исходного сигнала. Математически можно показать, что вероятность обнаружения фотона в данный момент времени пропорциональна оптической мощности в этот момент. Следовательно, гистограмма времени обнаружения может точно отображать форму измеряемого сигнала.
Ключевые 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 одиночных фотонов. 2. Увеличение полосы пропускания: не ограничивается полосой пропускания фотодетектора, а зависит только от временного джиттера детектора одиночных фотонов. 3. Улучшенная защита от помех: реконструкция TCSPC может отфильтровывать сигналы, которые не привязаны к триггеру. 4. Низкий уровень шума. Избегайте шума, вызванного традиционным фотоэлектрическим обнаружением и усилением.
Время публикации: 27 августа 2024 г.