Tecnologia óptica quântica de microondas

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Tecnologia óptica de microondastornou -se um campo poderoso, combinando as vantagens da tecnologia óptica e de microondas no processamento de sinais, comunicação, detecção e outros aspectos. No entanto, os sistemas fotônicos de microondas convencionais enfrentam algumas limitações -chave, especialmente em termos de largura de banda e sensibilidade. Para superar esses desafios, os pesquisadores estão começando a explorar a fotônica quântica de microondas - um novo campo emocionante que combina os conceitos de tecnologia quântica com fotônica de microondas.

Fundamentos da tecnologia óptica quântica de microondas
O núcleo da tecnologia óptica quântica de microondas é substituir a óptica tradicionalfotodetectornoLink para fótons de microondascom um fotodetector de fótons único de alta sensibilidade. Isso permite que o sistema opere em níveis de potência óptica extremamente baixos, mesmo até o nível de fóton único, além de aumentar o aumento da largura de banda.
Os sistemas típicos de fótons de microondas quânticos incluem: 1. Fontes de fóton único (por exemplo, lasers atenuados 2.Modulador eletro-ópticoPara codificar sinais de microondas/RF 3. Componente de processamento de sinal óptico4. Detectores de fótons únicos (por exemplo, detectores de nanofios supercondutores) 5. Dispositivos eletrônicos de contagem de fótons únicos dependentes do tempo (TCSPC)
A Figura 1 mostra a comparação entre os links tradicionais de fótons de microondas e os links quânticos de fótons de microondas:

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, embora esperançosamente empurre a largura de banda além dos limites dos fotodetectores tradicionais.

Esquema de detecção de fótons de um único
O esquema de detecção de fótons único é muito importante para os sistemas quânticos de fótons de microondas. O princípio de trabalho é o seguinte: 1. O sinal de gatilho 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 gatilho e cada fóton detectado. 4. Após vários loops de gatilho, o histograma do tempo de detecção é estabelecido. 5. O histograma pode reconstruir a forma de onda do sinal original. Portanto, o histograma do tempo de detecção pode representar com precisão a forma de onda do sinal medido.

Principais vantagens da tecnologia óptica quântica de microondas
Comparado aos sistemas ópticos de microondas tradicionais, a Quantum Microwave Photonics tem várias vantagens importantes: 1. Sensibilidade ultra-alta: detecta sinais extremamente fracos até o nível único de fótons. 2. Aumento da largura de banda: Não limitado pela largura de banda do fotodetector, afetado apenas pelo jitter de tempo do detector de fótons único. 3. Anti-interferência aprimorada: a reconstrução do TCSPC pode filtrar sinais que não estão bloqueados no gatilho. 4. Ruído inferior: Evite o ruído causado pela detecção e amplificação fotoelétrica tradicional.