Tecnología óptica de microondas cuántica

Cuánticoóptica de microondastecnología
Tecnología óptica de microondasLa fotónica de microondas se ha convertido en un campo de gran alcance, 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 clave, especialmente en términos de ancho de banda y sensibilidad. Para superar estos desafíos, los investigadores están comenzando a explorar la fotónica de microondas cuántica, un campo nuevo y emocionante 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 de microondas cuántica es reemplazar la tecnología óptica tradicional.fotodetectoren elenlace de fotones de microondasCon un fotodetector monofotónico de alta sensibilidad. Esto permite que el sistema funcione con niveles de potencia óptica extremadamente bajos, incluso a nivel monofotónico, a la vez que aumenta potencialmente el ancho de banda.
Los sistemas típicos de fotones de microondas cuánticos incluyen: 1. Fuentes de un solo fotón (por ejemplo, láseres atenuados 2.Modulador electroópticopara codificar señales de microondas/RF 3. Componente de procesamiento de señales ópticas 4. Detectores de fotones individuales (por ejemplo, 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 de fotones de microondas tradicionales y los enlaces de fotones de microondas cuánticos:

La diferencia clave radica en el uso de detectores de fotón único y módulos TCSPC en lugar de fotodiodos de alta velocidad. Esto permite detectar señales extremadamente débiles, a la vez que se espera ampliar el ancho de banda más allá de los límites de los fotodetectores tradicionales.

Esquema de detección de fotón único
El esquema de detección de fotones individuales es fundamental para los sistemas cuánticos de microondas. Su 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 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 disparo y cada fotón detectado. 4. Tras varios bucles de disparo, se establece el histograma del tiempo 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 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 de microondas cuántica
En comparación con los sistemas ópticos de microondas tradicionales, la fotónica cuántica de microondas ofrece varias ventajas clave: 1. Sensibilidad ultraalta: Detecta señales extremadamente débiles, incluso a nivel de fotón único. 2. Aumento del ancho de banda: No está limitado por el ancho de banda del fotodetector, sino que solo se ve afectado por la fluctuación de tiempo del detector de fotón único. 3. Antiinterferencia mejorada: La reconstrucción TCSPC puede filtrar señales que no están sincronizadas con el disparador. 4. Reducción del ruido: Evita el ruido causado por la detección y amplificación fotoeléctricas tradicionales.