Kvantu mikroviļņu optiskā tehnoloģija

Kvantumikroviļņu optiskātehnoloģija
Mikroviļņu optiskā tehnoloģijair kļuvusi par spēcīgu jomu, apvienojot optiskās un mikroviļņu tehnoloģijas priekšrocības signālu apstrādē, komunikācijā, uztveršanā un citos aspektos. Tomēr tradicionālajām mikroviļņu fotoniskajām sistēmām ir daži būtiski ierobežojumi, īpaši joslas platuma un jutības ziņā. Lai pārvarētu šīs problēmas, pētnieki sāk pētīt kvantu mikroviļņu fotoniku – aizraujošu jaunu jomu, kas apvieno kvantu tehnoloģijas un mikroviļņu fotonikas koncepcijas.

Kvantu mikroviļņu optiskās tehnoloģijas pamati
Kvantu mikroviļņu optiskās tehnoloģijas pamatā ir tradicionālās optiskās tehnoloģijas aizstāšanafotodetektorsiekšāmikroviļņu fotonu saitear augstas jutības viena fotona fotodetektoru. Tas ļauj sistēmai darboties ar ārkārtīgi zemu optiskās jaudas līmeni, pat līdz viena fotona līmenim, vienlaikus potenciāli palielinot joslas platumu.
Tipiskas kvantu mikroviļņu fotonu sistēmas ietver: 1. Atsevišķu fotonu avotus (piemēram, novājinātus lāzerus) 2.Elektrooptiskais modulatorsmikroviļņu/RF signālu kodēšanai 3. Optisko signālu apstrādes komponents 4. Atsevišķu fotonu detektori (piemēram, supravadošu nanovadu detektori) 5. Laika atkarīgas atsevišķu fotonu skaitīšanas (TCSPC) elektroniskās ierīces
1. attēlā parādīts tradicionālo mikroviļņu fotonu saišu un kvantu mikroviļņu fotonu saišu salīdzinājums:

Galvenā atšķirība ir atsevišķu fotonu detektoru un TCSPC moduļu izmantošana ātrdarbīgu fotodiodu vietā. Tas ļauj noteikt ārkārtīgi vājus signālus, vienlaikus, cerams, palielinot joslas platumu, kas pārsniedz tradicionālo fotodetektoru robežas.

Viena fotona noteikšanas shēma
Atsevišķu fotonu noteikšanas shēma ir ļoti svarīga kvantu mikroviļņu fotonu sistēmām. Darbības princips ir šāds: 1. Periodiskais trigera signāls, kas sinhronizēts ar izmērīto signālu, tiek nosūtīts uz TCSPC moduli. 2. Atsevišķu fotonu detektors izvada impulsu sēriju, kas attēlo detektētos fotonus. 3. TCSPC modulis mēra laika starpību starp trigera signālu un katru detektēto fotonu. 4. Pēc vairākām trigera cilpām tiek izveidota detektēšanas laika histogramma. 5. Histogramma var rekonstruēt sākotnējā signāla viļņu formu. Matemātiski var parādīt, ka fotona noteikšanas varbūtība noteiktā laikā ir proporcionāla optiskajai jaudai šajā laikā. Tāpēc detektēšanas laika histogramma var precīzi attēlot izmērītā signāla viļņu formu.

Kvantu mikroviļņu optiskās tehnoloģijas galvenās priekšrocības
Salīdzinot ar tradicionālajām mikroviļņu optiskajām sistēmām, kvantu mikroviļņu fotonikai ir vairākas būtiskas priekšrocības: 1. Īpaši augsta jutība: Uztver ārkārtīgi vājus signālus līdz pat viena fotona līmenim. 2. Joslas platuma palielinājums: to neierobežo fotodetektora joslas platums, to ietekmē tikai viena fotona detektora laika svārstības. 3. Uzlabota traucējumu novēršana: TCSPC rekonstrukcija var filtrēt signālus, kas nav piesaistīti trigerim. 4. Zemāks troksnis: Novērš trokšņus, ko rada tradicionālā fotoelektriskā noteikšana un pastiprināšana.