Tecnoloxía óptica de microondas cuánticas

Cuánticoóptica de microondastecnoloxía
Tecnoloxía óptica de microondasconverteuse nun campo poderoso, que combina as vantaxes da tecnoloxía óptica e de microondas no procesamento de sinais, a comunicación, a detección e outros aspectos. Non obstante, os sistemas fotónicos de microondas convencionais enfróntanse a algunhas limitacións clave, especialmente en termos de ancho de banda e sensibilidade. Para superar estes desafíos, os investigadores están a comezar a explorar a fotónica cuántica de microondas, un novo e emocionante campo que combina os conceptos da tecnoloxía cuántica coa fotónica de microondas.

Fundamentos da tecnoloxía óptica de microondas cuánticas
O núcleo da tecnoloxía óptica de microondas cuánticas é substituír a óptica tradicionalfotodetectornoenlace de fotóns de microondascun fotodetector de fotón único de alta sensibilidade. Isto permite que o sistema funcione a niveis de potencia óptica extremadamente baixos, mesmo ata o nivel dun só fotón, ao tempo que aumenta potencialmente o ancho de banda.
Os sistemas típicos de fotóns de microondas cuánticas inclúen: 1. Fontes de fotón único (por exemplo, láseres atenuados 2.Modulador electroópticopara codificar sinais de microondas/RF 3. Compoñente de procesamento de sinais ópticos 4. Detectores de fotóns individuais (por exemplo, detectores de nanofíos supercondutores) 5. Dispositivos electrónicos de reconto de fotóns individuais dependente do tempo (TCSPC)
A figura 1 mostra a comparación entre as ligazóns fotónicas de microondas tradicionais e as ligazóns fotónicas de microondas cuánticas:

A diferenza fundamental é o uso de detectores de fotóns únicos e módulos TCSPC en lugar de fotodiodos de alta velocidade. Isto permite a detección de sinais extremadamente débiles, ao tempo que se espera que o ancho de banda supere os límites dos fotodetectores tradicionais.

Esquema de detección de fotóns individuais
O esquema de detección de fotóns únicos é moi importante para os sistemas de fotóns de microondas cuánticas. O principio de funcionamento é o seguinte: 1. O sinal de disparo periódico sincronizado co sinal medido envíase ao módulo TCSPC. 2. O detector de fotóns únicos emite unha serie de pulsos que representan os fotóns detectados. 3. O módulo TCSPC mide a diferenza de tempo entre o sinal de disparo e cada fotón detectado. 4. Despois de varios bucles de disparo, establécese o histograma do tempo de detección. 5. O histograma pode reconstruír a forma de onda do sinal orixinal. Matematicamente, pódese demostrar que a probabilidade de detectar un fotón nun momento dado é proporcional á potencia óptica nese momento. Polo tanto, o histograma do tempo de detección pode representar con precisión a forma de onda do sinal medido.

Principais vantaxes da tecnoloxía óptica de microondas cuánticas
En comparación cos sistemas ópticos de microondas tradicionais, a fotónica cuántica de microondas ten varias vantaxes clave: 1. Sensibilidade ultraalta: detecta sinais extremadamente débiles ata o nivel dun só fotón. 2. Aumento do ancho de banda: non está limitado polo ancho de banda do fotodetector, só se ve afectado pola fluctuación de tempo do detector dun só fotón. 3. Antiinterferencia mellorada: a reconstrución TCSPC pode filtrar os sinais que non están bloqueados no disparador. 4. Menor ruído: evita o ruído causado pola detección e amplificación fotoeléctricas tradicionais.