Tecnología óptica cuántica de microondas

Cuánticoóptico de microondastecnología
Tecnología óptica de microondasse ha convertido en un campo poderoso, combinando las ventajas de la tecnología óptica y de microondas en el procesamiento de señales, la comunicación, la detección y otros aspectos. Sin embargo, los sistemas fotónicos de microondas convencionales enfrentan algunas limitaciones clave, especialmente en términos de ancho de banda y sensibilidad. Para superar estos desafíos, los investigadores están comenzando a explorar la fotónica de microondas cuánticas, un nuevo campo emocionante que combina los conceptos de tecnología cuántica con fotónica de microondas.

Fundamentos de la tecnología óptica cuántica de microondas
El núcleo de la tecnología óptica cuántica de microondas es reemplazar la óptica tradicionalfotodetectoren elenlace de fotones de microondascon un fotodetector de fotones individuales de alta sensibilidad. Esto permite que el sistema funcione a niveles de potencia óptica extremadamente bajos, incluso hasta el nivel de fotón único, al tiempo que potencialmente aumenta el ancho de banda.
Los sistemas de fotones de microondas cuánticos típicos incluyen: 1. fuentes de fotones individuales (por ejemplo, láseres atenuados 2.Modulador electroópticopara codificar señales de microondas/RF 3. Componente de procesamiento de señal óptica4. Detectores de fotones individuales (por ejemplo, detectores de nanoconteros superconductores) 5. Dispositivos electrónicos de conteo de fotones individuales dependientes del tiempo (TCSPC)
La Figura 1 muestra la comparación entre los enlaces de fotones de microondas tradicionales y los enlaces de fotones de microondas cuánticos:

La diferencia clave es el uso de detectores de fotones únicos y módulos TCSPC en lugar de fotodiodos de alta velocidad. Esto permite la detección de señales extremadamente débiles, mientras que con suerte empuja el ancho de banda más allá de los límites de los fotodetectores tradicionales.

Esquema de detección de fotones individuales
El esquema de detección de fotones individuales es muy importante para los sistemas de fotones de microondas cuánticos. El principio de funcionamiento es el siguiente: 1. La señal de activación periódica sincronizada con la señal medida se envía al módulo TCSPC. 2. El detector de fotones individuales genera una serie de pulsos que representan los fotones detectados. 3. El módulo TCSPC mide la diferencia de tiempo entre la señal de activación y cada fotón detectado. 4. Después de varios bucles de gatillo, se establece el histograma del tiempo de detección. 5. El histograma puede reconstruir la forma de onda de la señal original. Matemáticamente, se puede demostrar que la probabilidad de detectar un fotón en un momento dado es proporcional a la potencia óptica en ese momento. Por lo tanto, el histograma del tiempo de detección puede representar con precisión la forma de onda de la señal medida.

Ventajas clave de la tecnología óptica cuántica de microondas
En comparación con los sistemas ópticos de microondas tradicionales, Quantum Microwave Photonics tiene varias ventajas clave: 1. Sensibilidad ultra alta: detecta señales extremadamente débiles hasta el nivel de fotones individuales. 2. Aumento del ancho de banda: no limitado por el ancho de banda del fotodetector, solo afectado por la fase de sincronización del detector de fotones individuales. 3. Anti-interferencia mejorada: la reconstrucción TCSPC puede filtrar señales que no están bloqueadas en el disparador. 4. Ruido inferior: evite el ruido causado por la detección y amplificación fotoeléctrica tradicional.