فناوری نوری مایکروویو کوانتومی

کوانتومیمایکروویو نوریتکنولوژی
تکنولوژی نوری مایکروویوبا ترکیب مزایای فناوری نوری و مایکروویو در پردازش سیگنال، ارتباطات، سنجش و سایر جنبه‌ها، به یک میدان قدرتمند تبدیل شده است. با این حال، سیستم‌های فوتونیک مایکروویو معمولی با محدودیت‌های کلیدی، به‌ویژه از نظر پهنای باند و حساسیت مواجه هستند. برای غلبه بر این چالش‌ها، محققان شروع به کشف فوتونیک مایکروویو کوانتومی می‌کنند - یک زمینه جدید هیجان‌انگیز که مفاهیم فناوری کوانتومی را با فوتونیک مایکروویو ترکیب می‌کند.

مبانی فناوری نوری مایکروویو کوانتومی
هسته فناوری نوری مایکروویو کوانتومی جایگزینی نوری سنتی استردیاب نوریدرلینک فوتون مایکروویوبا یک آشکارساز نوری تک فوتونی با حساسیت بالا. این به سیستم اجازه می دهد تا در سطوح توان نوری بسیار کم، حتی تا سطح تک فوتون، کار کند، در حالی که به طور بالقوه پهنای باند را افزایش می دهد.
سیستم های فوتون مایکروویو کوانتومی معمولی عبارتند از: 1. منابع تک فوتونی (مثلاً لیزرهای ضعیف شده 2.مدولاتور الکترواپتیکبرای رمزگذاری سیگنال های مایکروویو/RF 3. پردازش سیگنال نوری component4. آشکارسازهای تک فوتون (مانند آشکارسازهای نانوسیمی ابررسانا) 5. دستگاه‌های الکترونیکی شمارش تک فوتون وابسته به زمان (TCSPC)
شکل 1 مقایسه بین پیوندهای فوتون مایکروویو سنتی و پیوندهای فوتون مایکروویو کوانتومی را نشان می دهد:

تفاوت اصلی استفاده از آشکارسازهای تک فوتون و ماژول های TCSPC به جای فتودیودهای پرسرعت است. این امکان تشخیص سیگنال‌های بسیار ضعیف را فراهم می‌کند، در حالی که امیدواریم پهنای باند را فراتر از محدودیت‌های ردیاب‌های نوری سنتی سوق دهد.

طرح تشخیص تک فوتون
طرح تشخیص تک فوتون برای سیستم های فوتون مایکروویو کوانتومی بسیار مهم است. اصل کار به شرح زیر است: 1. سیگنال ماشه دوره ای هماهنگ با سیگنال اندازه گیری شده به ماژول TCSPC ارسال می شود. 2. آشکارساز تک فوتون مجموعه ای از پالس ها را خروجی می دهد که نشان دهنده فوتون های شناسایی شده است. 3. ماژول TCSPC اختلاف زمانی بین سیگنال ماشه و هر فوتون شناسایی شده را اندازه گیری می کند. 4. پس از چندین حلقه ماشه، هیستوگرام زمان تشخیص ایجاد می شود. 5. هیستوگرام می تواند شکل موج سیگنال اصلی را بازسازی کند. از نظر ریاضی، می توان نشان داد که احتمال تشخیص فوتون در یک زمان معین متناسب با توان نوری در آن زمان است. بنابراین، هیستوگرام زمان تشخیص می تواند شکل موج سیگنال اندازه گیری شده را با دقت نشان دهد.

مزایای کلیدی فناوری نوری مایکروویو کوانتومی
در مقایسه با سیستم‌های نوری مایکروویو سنتی، فوتونیک مایکروویو کوانتومی چندین مزیت کلیدی دارد: 1. حساسیت فوق‌العاده بالا: سیگنال‌های بسیار ضعیف را تا سطح تک فوتون تشخیص می‌دهد. 2. افزایش پهنای باند: محدود به پهنای باند ردیاب نوری نیست، فقط تحت تأثیر لرزش زمان‌بندی آشکارساز تک فوتونی است. 3. ضد تداخل پیشرفته: بازسازی TCSPC می تواند سیگنال هایی را که روی ماشه قفل نشده اند فیلتر کند. 4. نویز کمتر: از نویز ناشی از تشخیص و تقویت فوتوالکتریک سنتی اجتناب کنید.