Kvanttimikroaaltouuni optinenteknologiaa
Mikroaaltouunin optinen tekniikkaon tullut voimakas ala, jossa yhdistyvät optisen ja mikroaaltotekniikan edut signaalinkäsittelyssä, viestinnässä, tunnistuksessa ja muissa näkökohdissa. Perinteisillä mikroaaltofotonijärjestelmillä on kuitenkin joitakin keskeisiä rajoituksia, erityisesti kaistanleveyden ja herkkyyden suhteen. Voittaakseen nämä haasteet tutkijat alkavat tutkia kvanttimikroaaltofotoniikkaa – jännittävää uutta alaa, joka yhdistää kvanttiteknologian käsitteet mikroaaltofotoniikkaan.
Kvanttimikroaaltooptisen tekniikan perusteet
Kvanttimikroaaltooptisen tekniikan ydin on korvata perinteinen optinenvalonilmaisininmikroaaltouuni fotoni linkkikorkean herkkyyden yhden fotonin valotunnistimella. Tämä mahdollistaa järjestelmän toiminnan erittäin alhaisilla optisilla tehotasoilla, jopa yhden fotonin tasolle asti, samalla kun se voi myös lisätä kaistanleveyttä.
Tyypillisiä kvanttimikroaaltofotonijärjestelmiä ovat: 1. Yksifotonilähteet (esim. heikennetyt laserit 2.Sähköoptinen modulaattorimikroaalto/RF-signaalien koodaamiseen 3. Optinen signaalinkäsittelykomponentti4. Yksifotonin ilmaisimet (esim. suprajohtavat nanolankailmaisimet) 5. Aikariippuvaiset yksifotonilaskennan (TCSPC) elektroniset laitteet
Kuvassa 1 on vertailu perinteisten mikroaaltofotonilinkkien ja kvanttimikroaaltofotonilinkkien välillä:
Keskeinen ero on yksittäisten fotonien ilmaisimien ja TCSPC-moduulien käyttö nopeiden valodiodien sijasta. Tämä mahdollistaa erittäin heikkojen signaalien havaitsemisen samalla, kun toivottavasti kaistanleveys siirtyy perinteisten valoilmaisimien rajojen ulkopuolelle.
Yhden fotonin tunnistusjärjestelmä
Yhden fotonin tunnistusjärjestelmä on erittäin tärkeä kvanttimikroaaltofotonijärjestelmille. Toimintaperiaate on seuraava: 1. Mitatun signaalin kanssa synkronoitu jaksollinen liipaisusignaali lähetetään TCSPC-moduuliin. 2. Yhden fotonin ilmaisin tuottaa sarjan pulsseja, jotka edustavat havaittuja fotoneja. 3. TCSPC-moduuli mittaa liipaisusignaalin ja kunkin havaitun fotonin välisen aikaeron. 4. Useiden laukaisusilmukoiden jälkeen määritetään tunnistusajan histogrammi. 5. Histogrammi pystyy rekonstruoimaan alkuperäisen signaalin aaltomuodon. Matemaattisesti voidaan osoittaa, että todennäköisyys havaita fotoni tietyllä hetkellä on verrannollinen optiseen tehoon sillä hetkellä. Siksi ilmaisuajan histogrammi voi edustaa tarkasti mitatun signaalin aaltomuotoa.
Kvanttimikroaaltooptisen tekniikan tärkeimmät edut
Perinteisiin mikroaaltooptisiin järjestelmiin verrattuna kvanttimikroaaltofotoniikassa on useita keskeisiä etuja: 1. Erittäin korkea herkkyys: Havaitsee erittäin heikot signaalit yhden fotonin tasolle asti. 2. Kaistanleveyden lisäys: ei rajoita valoilmaisimen kaistanleveyttä, vaikuttaa vain yksittäisen fotonin ilmaisimen ajoitusvärinä. 3. Parannettu häiriöntorjunta: TCSPC-rekonstruktio voi suodattaa pois signaalit, joita ei ole lukittu liipaisuun. 4. Alhaisempi kohina: Vältä perinteisen valosähköisen tunnistuksen ja vahvistuksen aiheuttamaa kohinaa.
Postitusaika: 27.8.2024