Kvanttimikroaalto-optinenteknologia
Mikroaalto-optinen tekniikkaon tullut tehokkaaksi alaksi, joka yhdistää optisen ja mikroaaltotekniikan edut signaalinkäsittelyssä, viestinnässä, tunnistuksessa ja muissa osa-alueissa. Perinteisillä mikroaaltofotoniikkajärjestelmillä on kuitenkin joitakin keskeisiä rajoituksia, erityisesti kaistanleveyden ja herkkyyden suhteen. Näiden haasteiden ratkaisemiseksi tutkijat ovat alkaneet tutkia kvanttimikroaaltofotoniikkaa – jännittävää uutta alaa, joka yhdistää kvanttiteknologian ja mikroaaltofotoniikan käsitteet.
Kvanttimikroaalto-optisen teknologian perusteet
Kvanttimikroaalto-optisen teknologian ydin on korvata perinteinen optinenvaloilmaisin...ssamikroaaltofotonilinkkierittäin herkällä yksittäisfotonifotodetektorilla. Tämä mahdollistaa järjestelmän toiminnan erittäin alhaisilla optisilla tehotasoilla, jopa yksittäisfotonitasolla, ja samalla se voi mahdollisesti lisätä kaistanleveyttä.
Tyypillisiä kvanttimikroaaltofotonijärjestelmiä ovat: 1. Yksittäisfotonilähteet (esim. vaimennetut laserit) 2.Elektro-optinen modulaattorimikroaalto-/RF-signaalien koodaamiseen 3. Optinen signaalinkäsittelykomponentti 4. Yksittäisfotoni-ilmaisimet (esim. suprajohtavat nanolankailmaisimet) 5. Aikariippuvaiset yksittäisfotonien laskemiseen (TCSPC) perustuvat elektroniset laitteet
Kuva 1 esittää vertailun perinteisten mikroaaltofotonilinkkien ja kvanttimikroaaltofotonilinkkien välillä:
Keskeinen ero on yksittäisten fotonien ilmaisimien ja TCSPC-moduulien käyttö nopeiden fotodiodien sijaan. Tämä mahdollistaa erittäin heikkojen signaalien havaitsemisen ja toivottavasti samalla laajentaa kaistanleveyttä perinteisten fotoilmaisimien rajojen ulkopuolelle.
Yksittäisen fotonin havaitsemisjärjestelmä
Yksittäisten fotonien havaitsemismenetelmä on erittäin tärkeä kvanttimikroaaltofotonijärjestelmissä. Toimintaperiaate on seuraava: 1. Mitatun signaalin kanssa synkronoitu jaksollinen liipaisusignaali lähetetään TCSPC-moduuliin. 2. Yksittäisten fotonien ilmaisin tuottaa sarjan pulsseja, jotka edustavat havaittuja fotoneja. 3. TCSPC-moduuli mittaa liipaisusignaalin ja kunkin havaitun fotonin välisen aikaeron. 4. Useiden liipaisusilmukoiden jälkeen muodostetaan havaitsemisajan histogrammi. 5. Histogrammi voi rekonstruoida alkuperäisen signaalin aaltomuodon. Matemaattisesti voidaan osoittaa, että fotonin havaitsemisen todennäköisyys tiettynä ajankohtana on verrannollinen optiseen tehoon kyseisenä ajankohtana. Siksi havaitsemisajan histogrammi voi tarkasti esittää mitatun signaalin aaltomuodon.
Kvanttimikroaalto-optisen teknologian tärkeimmät edut
Verrattuna perinteisiin mikroaalto-optisiin järjestelmiin, kvanttimikroaaltofotoniikalla on useita keskeisiä etuja: 1. Erittäin korkea herkkyys: Havaitsee erittäin heikkoja signaaleja aina yksittäisten fotonien tasolle asti. 2. Kaistanleveyden kasvu: ei rajoitu fotodetektorin kaistanleveyteen, vaan siihen vaikuttaa vain yksittäisten fotonien ilmaisimen ajoitusvärähtely. 3. Parannettu häiriönesto: TCSPC-rekonstruktio voi suodattaa pois signaalit, jotka eivät ole lukittu liipaisimeen. 4. Vähemmän kohinaa: Vältä perinteisen fotoelektrisen ilmaisun ja vahvistuksen aiheuttama kohina.
Julkaisun aika: 27.8.2024