Kvantinismikrobangų optinistechnologijos
Mikrobangų optinė technologijatapo galinga sritimi, apjungiančia optinių ir mikrobangų technologijų privalumus signalų apdorojimo, ryšio, jutimo ir kituose aspektuose. Tačiau įprastos mikrobangų fotoninės sistemos susiduria su tam tikrais esminiais apribojimais, ypač pralaidumo ir jautrumo srityse. Siekdami įveikti šiuos iššūkius, tyrėjai pradeda tyrinėti kvantinę mikrobangų fotoniką – įdomią naują sritį, kurioje derinamos kvantinės technologijos ir mikrobangų fotonikos koncepcijos.
Kvantinės mikrobangų optinės technologijos pagrindai
Kvantinės mikrobangų optinės technologijos esmė – pakeisti tradicinę optikąfotodetektoriusįmikrobangų fotonų jungtissu didelio jautrumo vieno fotono fotodetektoriumi. Tai leidžia sistemai veikti esant itin mažam optinės galios lygiui, net iki vieno fotono lygio, tuo pačiu potencialiai padidinant pralaidumą.
Tipinės kvantinės mikrobangų fotonų sistemos apima: 1. Pavienių fotonų šaltinius (pvz., susilpnintus lazerius) 2.Elektrooptinis moduliatoriusmikrobangų/RF signalams koduoti 3. Optinio signalo apdorojimo komponentas 4. Pavienių fotonų detektoriai (pvz., superlaidūs nanolaidų detektoriai) 5. Laiko priklausomi pavienių fotonų skaičiavimo (TCSPC) elektroniniai įtaisai
1 paveiksle parodytas tradicinių mikrobangų fotonų jungčių ir kvantinių mikrobangų fotonų jungčių palyginimas:
Pagrindinis skirtumas yra pavienių fotonų detektorių ir TCSPC modulių naudojimas vietoj didelės spartos fotodiodų. Tai leidžia aptikti itin silpnus signalus, tikintis, kad pralaidumas viršys tradicinių fotodetektorių ribas.
Vieno fotono aptikimo schema
Vieno fotono aptikimo schema yra labai svarbi kvantinėms mikrobangų fotonų sistemoms. Veikimo principas yra toks: 1. Periodinis suveikimo signalas, sinchronizuotas su išmatuotu signalu, siunčiamas į TCSPC modulį. 2. Vieno fotono detektorius išveda impulsų seriją, kuri vaizduoja aptiktus fotonus. 3. TCSPC modulis matuoja laiko skirtumą tarp suveikimo signalo ir kiekvieno aptikto fotono. 4. Po kelių suveikimo ciklų sudaroma aptikimo laiko histograma. 5. Histograma gali atkurti pradinio signalo bangos formą. Matematiškai galima parodyti, kad fotono aptikimo tikimybė tam tikru laiku yra proporcinga tuo metu esančiai optinei galiai. Todėl aptikimo laiko histograma gali tiksliai atvaizduoti išmatuoto signalo bangos formą.
Pagrindiniai kvantinės mikrobangų optinės technologijos privalumai
Palyginti su tradicinėmis mikrobangų optinėmis sistemomis, kvantinė mikrobangų fotonika turi keletą pagrindinių pranašumų: 1. Itin didelis jautrumas: aptinka itin silpnus signalus iki pat pavienių fotonų lygio. 2. Padidinta pralaidumas: neribojamas fotodetektoriaus pralaidumo, veikiamas tik pavienių fotonų detektoriaus laiko virpesių. 3. Patobulinta apsauga nuo trukdžių: TCSPC rekonstrukcija gali išfiltruoti signalus, kurie nėra užfiksuoti trigeryje. 4. Mažesnis triukšmas: išvengiama tradicinio fotoelektrinio aptikimo ir stiprinimo keliamo triukšmo.
Įrašo laikas: 2024 m. rugpjūčio 27 d.