QuantenMikrowellenoptikTechnologie
Mikrowellenoptische TechnologieDie Mikrowellenphotonik hat sich zu einem leistungsstarken Forschungsfeld entwickelt, das die Vorteile optischer und Mikrowellentechnologie in Signalverarbeitung, Kommunikation, Sensorik und anderen Bereichen vereint. Herkömmliche Mikrowellenphotoniksysteme weisen jedoch einige wesentliche Einschränkungen auf, insbesondere hinsichtlich Bandbreite und Empfindlichkeit. Um diese Herausforderungen zu überwinden, erforschen Forscher die Quantenmikrowellenphotonik – ein spannendes neues Forschungsfeld, das die Konzepte der Quantentechnologie mit der Mikrowellenphotonik verbindet.
Grundlagen der Quantenmikrowellenoptik
Der Kern der Quantenmikrowellenoptiktechnologie besteht darin, die traditionelle optischeFotodetektorimMikrowellen-PhotonenverbindungMit einem hochempfindlichen Einzelphotonen-Fotodetektor. Dadurch kann das System bei extrem niedrigen optischen Leistungen, sogar bis hinunter zum Einzelphotonenniveau, arbeiten und gleichzeitig die Bandbreite potenziell erhöhen.
Typische Quanten-Mikrowellen-Photonensysteme umfassen: 1. Einzelphotonenquellen (z. B. abgeschwächte Laser 2.Elektrooptischer Modulatorzur Kodierung von Mikrowellen-/HF-Signalen 3. Optische Signalverarbeitungskomponente 4. Einzelphotonendetektoren (z. B. supraleitende Nanodrahtdetektoren) 5. Elektronische Geräte zur zeitabhängigen Einzelphotonenzählung (TCSPC)
Abbildung 1 zeigt den Vergleich zwischen herkömmlichen Mikrowellen-Photonenverbindungen und Quanten-Mikrowellen-Photonenverbindungen:
Der Hauptunterschied besteht in der Verwendung von Einzelphotonendetektoren und TCSPC-Modulen anstelle von Hochgeschwindigkeits-Fotodioden. Dies ermöglicht die Erkennung extrem schwacher Signale und erweitert die Bandbreite hoffentlich über die Grenzen herkömmlicher Fotodetektoren hinaus.
Einzelphotonen-Erkennungsschema
Das Einzelphotonendetektionsverfahren ist für Quanten-Mikrowellenphotonensysteme von großer Bedeutung. Das Funktionsprinzip ist wie folgt: 1. Das periodische Triggersignal wird synchronisiert mit dem Messsignal an das TCSPC-Modul gesendet. 2. Der Einzelphotonendetektor gibt eine Reihe von Impulsen aus, die die detektierten Photonen repräsentieren. 3. Das TCSPC-Modul misst die Zeitdifferenz zwischen dem Triggersignal und jedem detektierten Photon. 4. Nach mehreren Triggerschleifen wird das Detektionszeithistogramm erstellt. 5. Das Histogramm kann die Wellenform des ursprünglichen Signals rekonstruieren. Mathematisch lässt sich zeigen, dass die Wahrscheinlichkeit, ein Photon zu einem bestimmten Zeitpunkt zu detektieren, proportional zur optischen Leistung zu diesem Zeitpunkt ist. Daher kann das Histogramm der Detektionszeit die Wellenform des Messsignals genau darstellen.
Hauptvorteile der Quantenmikrowellenoptiktechnologie
Im Vergleich zu herkömmlichen Mikrowellenoptiksystemen bietet die Quantenmikrowellenphotonik mehrere entscheidende Vorteile: 1. Ultrahohe Empfindlichkeit: Erkennt extrem schwache Signale bis hinunter auf Einzelphotonenebene. 2. Bandbreitenerhöhung: Nicht durch die Bandbreite des Photodetektors begrenzt, sondern nur durch den Zeitjitter des Einzelphotonendetektors beeinflusst. 3. Verbesserte Entstörung: Die TCSPC-Rekonstruktion kann Signale herausfiltern, die nicht an den Trigger gekoppelt sind. 4. Geringeres Rauschen: Vermeidung des Rauschens, das durch herkömmliche photoelektrische Detektion und Verstärkung entsteht.
Veröffentlichungszeit: 27. August 2024