Tecnoloxía óptica cuántica de microondas

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

Fundamentos da tecnoloxía óptica cuántica de microondas
O núcleo da tecnoloxía óptica cuántica de microondas é substituír a óptica tradicionalfotodetectornoenlace de fotón de microondascun fotodetector de fotón único de alta sensibilidade. Isto permite que o sistema funcione a niveis de potencia óptica extremadamente baixos, incluso ata o nivel de fotón único, ao tempo que tamén pode aumentar o ancho de banda.
Os sistemas de fotóns de microondas cuánticos típicos inclúen: 1. Fontes de fotón único (por exemplo, láseres atenuados 2.Modulador electro-ópticopara codificar sinais de microondas/RF 3. Compoñente de procesamento de sinal óptico4. Detectores de fotón único (por exemplo, detectores de nanofíos supercondutores) 5. Dispositivos electrónicos de conteo de fotóns únicos dependentes do tempo (TCSPC)
A figura 1 mostra a comparación entre enlaces de fotóns de microondas tradicionais e enlaces de fotóns de microondas cuánticos:

A diferenza fundamental é o uso de detectores de fotón único e módulos TCSPC en lugar de fotodiodos de alta velocidade. Isto permite a detección de sinais extremadamente débiles, mentres que esperamos que empurra o ancho de banda máis aló dos límites dos fotodetectores tradicionais.

Esquema de detección de fotón único
O esquema de detección de fotón único é moi importante para os sistemas de fotóns de microondas cuánticos. 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 fotón único 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. Matemáticamente, 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.

Vantaxes principais da tecnoloxía óptica cuántica de microondas
En comparación cos sistemas ópticos tradicionais de microondas, a fotónica cuántica de microondas ten varias vantaxes fundamentais: 1. Sensibilidade ultra alta: detecta sinais extremadamente débiles ata o nivel de fotón único. 2. Aumento do ancho de banda: non limitado polo ancho de banda do fotodetector, só afectado pola fluctuación temporal do detector de fotón único. 3. Anti-interferencia mellorada: a reconstrución TCSPC pode filtrar os sinais que non están bloqueados no gatillo. 4. Menor ruído: evite o ruído causado pola detección e amplificación fotoeléctrica tradicional.