Technologie optique à micro-ondes quantiques

Quantumoptique au micro-ondestechnologie
Technologie optique micro-ondesest devenu un domaine puissant, combinant les avantages de la technologie optique et micro-ondes dans le traitement du signal, la communication, la détection et d'autres aspects. Cependant, les systèmes photoniques micro-ondes conventionnels sont confrontés à certaines limitations clés, en particulier 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 passionnant qui combine les concepts de la technologie quantique avec la photonique micro-ondes.

Fondamentaux de la technologie optique quantique micro-ondes
Le cœur de la technologie optique à micro-ondes quantique est de remplacer l'optique traditionnelphotodétecteurdans lelien de photons micro-ondesavec un photodétecteur de photons unique à haute sensibilité. Cela permet au système de fonctionner à des niveaux de puissance optique extrêmement faibles, même au niveau unique, tout en augmentant potentiellement la bande passante.
Les systèmes de photons micro-ondes quantiques typiques comprennent: 1. Des sources à photons uniques (par exemple, les lasers atténués 2.Modulateur électro-optiquePour le codage des signaux micro-ondes / RF 3. Composant de traitement du signal optique4. Détecteurs de photons uniques (par exemple, détecteurs de nanofils supraconduants) 5.Piscroises électroniques à comptage de photons simples dépendantes du temps (TCSPC)
La figure 1 montre la comparaison entre les liens de photons micro-ondes traditionnels et les liaisons photon-micro-ondes quantiques:

La principale différence est l'utilisation de détecteurs de photons uniques et de modules TCSPC au lieu de photodiodes à grande vitesse. Cela permet la détection de signaux extrêmement faibles, tout en espérant pousser la bande passante au-delà des limites des photodétecteurs traditionnels.

Schéma de détection de photons unique
Le schéma de détection de photons unique est très important pour les systèmes de photons micro-ondes quantiques. Le principe de travail est le suivant: 1. Le signal de déclenchement périodique synchronisé avec le signal mesuré est envoyé au module TCSPC. 2. Le détecteur de photons unique sortira une série d'impulsions qui représentent les photons détectés. 3. Le module TCSPC mesure la différence de temps entre le signal de déclenchement et chaque photon détecté. 4. Après plusieurs boucles de déclenchement, l'histogramme du temps de détection est établi. 5. L'histogramme peut reconstruire la forme d'onde du signal d'origine. Matémativement, il peut être démontré que la probabilité de détecter un photon à un moment donné est proportionnelle à la puissance optique à l'époque. Par conséquent, l'histogramme du temps de détection peut représenter avec précision la forme d'onde du signal mesuré.

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