tecnología óptica de microondas cuántica

Cuánticoóptica de microondastecnología
tecnología óptica de microondasLa fotónica de microondas se ha convertido en un campo de gran potencial 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 presentan limitaciones importantes, sobre todo en cuanto a ancho de banda y sensibilidad. Para superar estos desafíos, los investigadores están empezando a explorar la fotónica cuántica de microondas, un nuevo y prometedor campo que combina los conceptos de la tecnología cuántica con la fotónica de microondas.

Fundamentos de la tecnología óptica de microondas cuánticas
El objetivo principal de la tecnología óptica cuántica de microondas es reemplazar la óptica tradicional.fotodetectoren elenlace fotónico 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 fotón único, al tiempo que aumenta potencialmente el ancho de banda.
Los sistemas típicos de fotones de microondas cuánticas incluyen: 1. Fuentes de fotones individuales (por ejemplo, láseres atenuados 2.Modulador electroóptico3. Componentes de procesamiento de señales ópticas para la codificación de señales de microondas/RF. 4. Detectores de fotones individuales (p. ej., detectores de nanocables superconductores). 5. Dispositivos electrónicos de conteo de fotones individuales dependientes del tiempo (TCSPC).
La figura 1 muestra la comparación entre los enlaces fotónicos de microondas tradicionales y los enlaces fotónicos de microondas cuánticos:

La principal diferencia reside en 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, ampliando, idealmente, 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 fundamental para los sistemas cuánticos de fotones de microondas. Su principio de funcionamiento es el siguiente: 1. Se envía una señal de disparo periódica, sincronizada con la señal medida, al módulo TCSPC. 2. El detector de fotones individuales emite 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. Tras varios ciclos de disparo, se genera el histograma de tiempos de detección. 5. El histograma permite reconstruir la forma de onda de la señal original. Matemáticamente, se puede demostrar que la probabilidad de detectar un fotón en un instante dado es proporcional a la potencia óptica en ese instante. Por lo tanto, el histograma de tiempos de detección representa con precisión la forma de onda de la señal medida.

Ventajas clave de la tecnología óptica de microondas cuántica
En comparación con los sistemas ópticos de microondas tradicionales, la fotónica cuántica de microondas presenta varias ventajas clave: 1. Ultrasensibilidad: Detecta señales extremadamente débiles, incluso a nivel de fotón único. 2. Mayor ancho de banda: No está limitado por el ancho de banda del fotodetector, sino únicamente por la fluctuación temporal del detector de fotón único. 3. Mayor inmunidad al ruido: La reconstrucción TCSPC permite filtrar las señales que no están sincronizadas con el disparador. 4. Menor ruido: Evita el ruido generado por la detección y amplificación fotoeléctrica tradicionales.