Tecnologia ottica a microonde quantistica

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Tecnologia ottica a microondeè diventato un campo potente, combinando i vantaggi della tecnologia ottica e a microonde nell'elaborazione del segnale, nella comunicazione, nel rilevamento e altri aspetti. Tuttavia, i sistemi fotonici a microonde convenzionali affrontano alcune limitazioni chiave, in particolare in termini di larghezza di banda e sensibilità. Per superare queste sfide, i ricercatori stanno iniziando a esplorare la fotonica quantistica a microonde, un nuovo entusiasmante campo che combina i concetti di tecnologia quantistica con la fotonica a microonde.

Fondamenti di tecnologia ottica a microonde quantistica
Il nucleo della tecnologia ottica a microonde quantistica è sostituire il tradizionale otticoFotoDetectornelCollegamento fotone a microondecon un fotodettore a fotoni singoli ad alta sensibilità. Ciò consente al sistema di funzionare a livelli di potenza ottici estremamente bassi, anche fino al livello singolo-fotone, aumentando anche la larghezza di banda.
I sistemi di fotoni a microonde quantistici tipici includono: 1. Fonti a fotoni singoli (ad es. Laser attenuati 2.Modulatore elettro-otticoPer codificare i segnali a microonde/RF 3. Componente di elaborazione del segnale ottico4. Rilevatori di fotoni singoli (ad es. Rilevatori di nanofili superconducenti) 5. Dispositivi elettronici a singolo fotone dipendente dal tempo (TCSPC)
La Figura 1 mostra il confronto tra i tradizionali collegamenti a fotoni a microonde e i collegamenti a microonde quantistici:

La differenza chiave è l'uso di rilevatori di singoli fotoni e moduli TCSPC anziché fotodiodi ad alta velocità. Ciò consente il rilevamento di segnali estremamente deboli, sperando mentre spinge la larghezza di banda oltre i limiti dei fotodettori tradizionali.

Schema di rilevamento di singoli fotoni
Lo schema di rilevamento dei fotoni singoli è molto importante per i sistemi di fotoni a microonde quantistici. Il principio di lavoro è il seguente: 1. Il segnale di trigger periodico sincronizzato con il segnale misurato viene inviato al modulo TCSPC. 2. Il rilevatore di fotoni singoli emette una serie di impulsi che rappresentano i fotoni rilevati. 3. Il modulo TCSPC misura la differenza di tempo tra il segnale del trigger e ciascun fotone rilevato. 4. Dopo diversi anelli di trigger, viene stabilito l'istogramma del tempo di rilevamento. 5. L'istogramma può ricostruire la forma d'onda del segnale originale. Matematicamente, si può dimostrare che la probabilità di rilevare un fotone in un determinato momento è proporzionale alla potenza ottica in quel momento. Pertanto, l'istogramma del tempo di rilevamento può rappresentare accuratamente la forma d'onda del segnale misurato.

Vantaggi chiave della tecnologia ottica a microonde quantistica
Rispetto ai tradizionali sistemi ottici a microonde, la fotonica a microonde quantistica presenta diversi vantaggi chiave: 1. Sensibilità ultra-alta: rileva segnali estremamente deboli fino al livello del singolo fotone. 2. Aumento della larghezza di banda: non limitato dalla larghezza di banda del fotodettore, influenzato solo dal jitter di temporizzazione del rilevatore di fotoni singoli. 3. Antiference migliorato: la ricostruzione TCSPC può filtrare segnali che non sono bloccati al grilletto. 4. Rumore inferiore: evitare il rumore causato dal tradizionale rilevamento e amplificazione fotoelettrica.