Tecnologia óptica de micro-ondas quântica

Quânticoóptica de micro-ondastecnologia
Tecnologia óptica de micro-ondastornou-se um campo poderoso, combinando as vantagens da tecnologia óptica e de micro-ondas em processamento de sinais, comunicação, sensoriamento e outros aspectos. No entanto, os sistemas fotônicos de micro-ondas convencionais enfrentam algumas limitações importantes, especialmente em termos de largura de banda e sensibilidade. Para superar esses desafios, pesquisadores estão começando a explorar a fotônica quântica de micro-ondas – um novo campo promissor que combina os conceitos da tecnologia quântica com a fotônica de micro-ondas.

Fundamentos da tecnologia óptica quântica de micro-ondas
O núcleo da tecnologia óptica quântica de micro-ondas é substituir a tecnologia óptica tradicionalfotodetectornoligação de fótons de micro-ondascom um fotodetector de fóton único de alta sensibilidade. Isso permite que o sistema opere em níveis de potência óptica extremamente baixos, até mesmo no nível de fóton único, aumentando potencialmente a largura de banda.
Os sistemas típicos de fótons de micro-ondas quânticos incluem: 1. Fontes de fótons únicos (por exemplo, lasers atenuados 2.Modulador eletro-ópticopara codificação de sinais de micro-ondas/RF 3. Componente de processamento de sinal óptico 4. Detectores de fótons individuais (por exemplo, detectores de nanofios supercondutores) 5. Dispositivos eletrônicos de contagem de fótons individuais dependentes do tempo (TCSPC)
A Figura 1 mostra a comparação entre links de fótons de micro-ondas tradicionais e links de fótons de micro-ondas quânticos:

A principal diferença é o uso de detectores de fótons únicos e módulos TCSPC em vez de fotodiodos de alta velocidade. Isso permite a detecção de sinais extremamente fracos, ao mesmo tempo em que se espera que a largura de banda ultrapasse os limites dos fotodetectores tradicionais.

Esquema de detecção de fóton único
O esquema de detecção de fótons únicos é muito importante para sistemas quânticos de fótons de micro-ondas. O princípio de funcionamento é o seguinte: 1. O sinal de disparo periódico sincronizado com o sinal medido é enviado ao módulo TCSPC. 2. O detector de fótons único emite uma série de pulsos que representam os fótons detectados. 3. O módulo TCSPC mede a diferença de tempo entre o sinal de disparo e cada fóton detectado. 4. Após vários loops de disparo, o histograma do tempo de detecção é estabelecido. 5. O histograma pode reconstruir a forma de onda do sinal original. Matematicamente, pode-se demonstrar que a probabilidade de detectar um fóton em um determinado instante é proporcional à potência óptica naquele instante. Portanto, o histograma do tempo de detecção pode representar com precisão a forma de onda do sinal medido.

Principais vantagens da tecnologia óptica de micro-ondas quântica
Em comparação com os sistemas ópticos de micro-ondas tradicionais, a fotônica quântica de micro-ondas apresenta diversas vantagens importantes: 1. Sensibilidade ultra-alta: Detecta sinais extremamente fracos até o nível de um único fóton. 2. Aumento da largura de banda: não é limitada pela largura de banda do fotodetector, sendo afetada apenas pela variação de tempo do detector de fóton único. 3. Antiinterferência aprimorada: A reconstrução TCSPC pode filtrar sinais que não estejam bloqueados no gatilho. 4. Menor ruído: Evita o ruído causado pela detecção e amplificação fotoelétrica tradicionais.