Optische Quantenmikrowellentechnologie

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Optische Mikrowellentechnologiehat sich zu einem leistungsstarken Bereich entwickelt, der die Vorteile der optischen und Mikrowellentechnologie in den Bereichen Signalverarbeitung, Kommunikation, Sensorik und anderen Aspekten vereint. Herkömmliche photonische Mikrowellensysteme unterliegen jedoch einigen wesentlichen Einschränkungen, insbesondere im Hinblick auf Bandbreite und Empfindlichkeit. Um diese Herausforderungen zu meistern, beginnen Forscher mit der Erforschung der Quantenmikrowellenphotonik – einem spannenden neuen Gebiet, das die Konzepte der Quantentechnologie mit der Mikrowellenphotonik kombiniert.

Grundlagen der optischen Quantenmikrowellentechnologie
Der Kern der optischen Quantenmikrowellentechnologie besteht darin, die traditionelle optische Technologie zu ersetzenFotodetektorimMikrowellen-Photonen-Linkmit einem hochempfindlichen Einzelphotonen-Fotodetektor. Dadurch kann das System mit extrem niedrigen optischen Leistungspegeln bis hinunter zum Einzelphotonenniveau betrieben werden und gleichzeitig möglicherweise die Bandbreite erhöhen.
Typische Quantenmikrowellen-Photonensysteme umfassen: 1. Einzelphotonenquellen (z. B. abgeschwächte Laser 2.Elektrooptischer Modulatorzur Kodierung von Mikrowellen-/HF-Signalen 3. Optische Signalverarbeitungskomponente4. Einzelphotonendetektoren (z. B. supraleitende Nanodrahtdetektoren) 5. Elektronische Geräte mit zeitabhängiger Einzelphotonenzählung (TCSPC).
Abbildung 1 zeigt den Vergleich zwischen herkömmlichen Mikrowellen-Photonen-Links und Quanten-Mikrowellen-Photonen-Links:

Der wesentliche Unterschied besteht in der Verwendung von Einzelphotonendetektoren und TCSPC-Modulen anstelle von Hochgeschwindigkeitsfotodioden. Dies ermöglicht die Erkennung extrem schwacher Signale und erweitert hoffentlich die Bandbreite über die Grenzen herkömmlicher Fotodetektoren hinaus.

Einzelphotonen-Detektionsschema
Das Einzelphotonendetektionsschema ist für Quantenmikrowellenphotonensysteme sehr wichtig. Das Funktionsprinzip ist wie folgt: 1. Das mit dem gemessenen Signal synchronisierte periodische Triggersignal wird an das TCSPC-Modul gesendet. 2. Der Einzelphotonendetektor gibt eine Reihe von Impulsen aus, die die erkannten Photonen darstellen. 3. Das TCSPC-Modul misst die Zeitdifferenz zwischen dem Triggersignal und jedem erkannten Photon. 4. Nach mehreren Triggerschleifen wird das Erkennungszeit-Histogramm erstellt. 5. Das Histogramm kann die Wellenform des ursprünglichen Signals rekonstruieren. Mathematisch kann gezeigt werden, dass die Wahrscheinlichkeit, ein Photon zu einem bestimmten Zeitpunkt zu erkennen, proportional zur optischen Leistung zu diesem Zeitpunkt ist. Daher kann das Histogramm der Erkennungszeit die Wellenform des gemessenen Signals genau darstellen.

Hauptvorteile der optischen Quantenmikrowellentechnologie
Im Vergleich zu herkömmlichen optischen Mikrowellensystemen bietet die Quantenmikrowellenphotonik mehrere entscheidende Vorteile: 1. Ultrahohe Empfindlichkeit: Erkennt extrem schwache Signale bis hin zur Einzelphotonenebene. 2. Bandbreitenerhöhung: nicht durch die Bandbreite des Fotodetektors begrenzt, sondern nur durch den Zeitjitter des Einzelphotonendetektors beeinflusst. 3. Verbesserte Anti-Interferenz: Die TCSPC-Rekonstruktion kann Signale herausfiltern, die nicht an den Trigger gebunden sind. 4. Geringeres Rauschen: Vermeiden Sie das Rauschen, das durch herkömmliche fotoelektrische Erkennung und Verstärkung verursacht wird.