Tecnologia óptica quântica de micro-ondas

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

Fundamentos da tecnologia óptica quântica de micro-ondas
A essência da tecnologia óptica quântica de micro-ondas é substituir a óptica tradicional.fotodetectornoligação 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, além de potencialmente aumentar a largura de banda.
Os sistemas típicos de fótons quânticos de micro-ondas incluem: 1. Fontes de fóton único (por exemplo, lasers atenuados 2.Modulador eletro-óptico1. Componente para codificação de sinais de micro-ondas/RF; 2. Componente de processamento de sinal óptico; 3. Detectores de fóton único (ex.: detectores de nanofios supercondutores); 4. Dispositivos eletrônicos de contagem de fóton único dependente do tempo (TCSPC).
A Figura 1 mostra a comparação entre enlaces fotônicos de micro-ondas tradicionais e enlaces fotônicos de micro-ondas quânticos:

A principal diferença reside na utilização de detectores de fóton único e módulos TCSPC em vez de fotodiodos de alta velocidade. Isso possibilita a detecção de sinais extremamente fracos, ao mesmo tempo que, espera-se, amplia a largura de banda além dos limites dos fotodetectores tradicionais.

esquema de detecção de fóton único
O esquema de detecção de fóton único é crucial para sistemas quânticos de fótons em micro-ondas. O princípio de funcionamento é o seguinte: 1. Um sinal de disparo periódico, sincronizado com o sinal medido, é enviado ao módulo TCSPC. 2. O detector de fóton 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 ciclos de disparo, o histograma do tempo de detecção é estabelecido. 5. O histograma permite reconstruir a forma de onda do sinal original. Matematicamente, pode-se demonstrar que a probabilidade de detecção de um fóton em um dado instante é proporcional à potência óptica nesse instante. Portanto, o histograma do tempo de detecção representa com precisão a forma de onda do sinal medido.

Principais vantagens da tecnologia óptica quântica de micro-ondas
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 temporal (jitter) do detector de fóton único. 3. Maior resistência a interferências: a reconstrução TCSPC pode filtrar sinais que não estejam sincronizados com o gatilho. 4. Menor ruído: evita o ruído causado pela detecção e amplificação fotoelétrica tradicionais.