Technologie optique micro-ondes quantique

Quantumoptique micro-ondestechnologie
Technologie optique micro-ondesLa photonique micro-ondes est devenue un domaine de pointe, combinant les avantages des technologies optique et micro-ondes pour le traitement du signal, la communication, la détection et d'autres aspects. Cependant, les systèmes photoniques micro-ondes conventionnels sont confrontés à des limitations majeures, notamment en termes de bande passante et de sensibilité. Pour surmonter ces défis, les chercheurs commencent à explorer la photonique micro-ondes quantique, un nouveau domaine prometteur qui combine les concepts de la technologie quantique et de la photonique micro-ondes.

Principes fondamentaux de la technologie optique micro-ondes quantique
Le cœur de la technologie optique micro-onde quantique est de remplacer l'optique traditionnellephotodétecteurdans leliaison photonique micro-ondesDoté d'un photodétecteur monophotonique haute sensibilité, ce système peut fonctionner à des niveaux de puissance optique extrêmement faibles, même au niveau du photon unique, tout en augmentant potentiellement la bande passante.
Les systèmes photoniques micro-ondes quantiques typiques comprennent : 1. Les sources de photons uniques (par exemple, les lasers atténués 2.Modulateur électro-optiquePour le codage des signaux micro-ondes/RF 3. Composant de traitement du signal optique 4. Détecteurs de photons uniques (par exemple, détecteurs à nanofils supraconducteurs) 5. Dispositifs électroniques de comptage de photons uniques dépendant du temps (TCSPC)
La figure 1 montre la comparaison entre les liaisons photoniques micro-ondes traditionnelles et les liaisons photoniques micro-ondes quantiques :

La principale différence réside dans l'utilisation de détecteurs à photons uniques et de modules TCSPC au lieu de photodiodes haute vitesse. Cela permet de détecter des signaux extrêmement faibles, tout en repoussant la bande passante au-delà des limites des photodétecteurs traditionnels.

Schéma de détection de photons uniques
Le système de détection de photons uniques est essentiel pour les systèmes photoniques micro-ondes quantiques. Son principe de fonctionnement est le suivant : 1. Le signal de déclenchement périodique, synchronisé avec le signal mesuré, est envoyé au module TCSPC. 2. Le détecteur de photons uniques produit une série d'impulsions représentant les photons détectés. 3. Le module TCSPC mesure la différence de temps entre le signal de déclenchement et chaque photon détecté. 4. Après plusieurs cycles de déclenchement, l'histogramme du temps de détection est établi. 5. Cet histogramme permet de reconstituer la forme d'onde du signal d'origine. Mathématiquement, il est démontré que la probabilité de détecter un photon à un instant donné est proportionnelle à la puissance optique à cet instant. Par conséquent, l'histogramme du temps de détection peut représenter avec précision la forme d'onde du signal mesuré.

Principaux avantages de la technologie optique micro-ondes quantique
Français Par rapport aux systèmes optiques micro-ondes traditionnels, la photonique micro-ondes quantique présente plusieurs avantages clés : 1. Sensibilité ultra-élevée : détecte les signaux extrêmement faibles jusqu'au niveau du photon unique. 2. Augmentation de la bande passante : non limitée par la bande passante du photodétecteur, uniquement affectée par la gigue temporelle du détecteur de photon unique. 3. Anti-interférence améliorée : la reconstruction TCSPC peut filtrer les signaux qui ne sont pas verrouillés sur le déclencheur. 4. Bruit réduit : évite le bruit causé par la détection et l'amplification photoélectriques traditionnelles.