Tecnología óptica de microondas cuánticas

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Tecnología óptica de microondasse ha convertido en un campo poderoso que combina 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 cuántica de microondas, un nuevo y apasionante campo que combina los conceptos de la tecnología cuántica con la fotónica de microondas.

Fundamentos de la tecnología óptica cuántica de microondas.
El núcleo de la tecnología óptica cuántica de microondas es reemplazar la tecnología óptica tradicional.fotodetectoren elenlace de fotones de microondascon un fotodetector de fotón único de alta sensibilidad. Esto permite que el sistema funcione a niveles de potencia óptica extremadamente bajos, incluso hasta el nivel de un solo fotón, al tiempo que aumenta potencialmente el ancho de banda.
Los sistemas de fotones de microondas cuánticos típicos incluyen: 1. Fuentes de fotón único (por ejemplo, láseres atenuados).Modulador electroópticopara codificar señales de microondas/RF 3. Componente de procesamiento de señales ópticas4. Detectores de fotón único (por ejemplo, detectores de nanocables superconductores) 5. Dispositivos electrónicos de conteo de fotón único dependiente 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 fotón único y módulos TCSPC en lugar de fotodiodos de alta velocidad. Esto permite la detección de señales extremadamente débiles y, con suerte, lleva el ancho de banda más allá de los límites de los fotodetectores tradicionales.

Esquema de detección de fotón único
El esquema de detección de fotón único es muy importante para los sistemas cuánticos de fotones de microondas. El principio de funcionamiento es el siguiente: 1. La señal de disparo periódica sincronizada con la señal medida se envía al módulo TCSPC. 2. El detector de fotón único genera una serie de pulsos que representan los fotones detectados. 3. El módulo TCSPC mide la diferencia de tiempo entre la señal de disparo y cada fotón detectado. 4. Después de varios bucles de activación, 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 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 de microondas cuánticas
En comparación con los sistemas ópticos de microondas tradicionales, la fotónica cuántica de microondas tiene varias ventajas clave: 1. Sensibilidad ultraalta: detecta señales extremadamente débiles hasta el nivel de un solo fotón. 2. Aumento del ancho de banda: no limitado por el ancho de banda del fotodetector, solo afectado por la fluctuación de tiempo del detector de fotón único. 3. Antiinterferencia mejorada: la reconstrucción TCSPC puede filtrar señales que no están bloqueadas en el disparador. 4. Menor ruido: Evite el ruido causado por la detección y amplificación fotoeléctrica tradicional.