کوانتومینوری مایکروویوفناوری
فناوری نوری مایکروویوبه یک حوزه قدرتمند تبدیل شده است که مزایای فناوری نوری و مایکروویو را در پردازش سیگنال، ارتباطات، حسگری و سایر جنبه‌ها ترکیب می‌کند. با این حال، سیستم‌های فوتونیک مایکروویو مرسوم با برخی محدودیت‌های کلیدی، به ویژه از نظر پهنای باند و حساسیت، مواجه هستند. برای غلبه بر این چالش‌ها، محققان شروع به کاوش در فوتونیک مایکروویو کوانتومی کرده‌اند - یک حوزه جدید هیجان‌انگیز که مفاهیم فناوری کوانتومی را با فوتونیک مایکروویو ترکیب می‌کند.
اصول فناوری نوری مایکروویو کوانتومی
هسته اصلی فناوری نوری مایکروویو کوانتومی، جایگزینی سیستم‌های نوری سنتی است.آشکارساز نوریدرپیوند فوتون مایکروویوبا یک آشکارساز نوری تک فوتونی با حساسیت بالا. این به سیستم اجازه می‌دهد تا در سطوح توان نوری بسیار پایین، حتی تا سطح تک فوتون، کار کند، در حالی که به طور بالقوه پهنای باند را نیز افزایش می‌دهد.
سیستم‌های فوتونی مایکروویو کوانتومی معمول عبارتند از: ۱. منابع تک فوتونی (مثلاً لیزرهای تضعیف‌شده ۲.مدولاتور الکترواپتیکیبرای رمزگذاری سیگنال‌های مایکروویو/RF 3. مؤلفه پردازش سیگنال نوری 4. آشکارسازهای تک فوتون (مثلاً آشکارسازهای نانوسیم 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 می‌دهد:
تفاوت کلیدی، استفاده از آشکارسازهای تک فوتون و ماژول‌های TCSPC به جای فوتودیودهای پرسرعت است. این امر امکان تشخیص سیگنال‌های بسیار ضعیف را فراهم می‌کند، در حالی که امیدواریم پهنای باند را فراتر از محدودیت‌های فوتودتکتورهای سنتی افزایش دهد.
طرح آشکارسازی تک فوتون
طرح آشکارسازی تک فوتون برای سیستم‌های فوتون مایکروویو کوانتومی بسیار مهم است. اصل کار به شرح زیر است: ۱. سیگنال تریگر دوره‌ای که با سیگنال اندازه‌گیری شده هماهنگ شده است، به ماژول TCSPC ارسال می‌شود. ۲. آشکارساز تک فوتون مجموعه‌ای از پالس‌ها را که نشان‌دهنده فوتون‌های شناسایی شده هستند، خروجی می‌دهد. ۳. ماژول TCSPC اختلاف زمانی بین سیگنال تریگر و هر فوتون شناسایی شده را اندازه‌گیری می‌کند. ۴. پس از چندین حلقه تریگر، هیستوگرام زمان تشخیص ایجاد می‌شود. ۵. هیستوگرام می‌تواند شکل موج سیگنال اصلی را بازسازی کند. از نظر ریاضی، می‌توان نشان داد که احتمال تشخیص یک فوتون در یک زمان معین متناسب با توان نوری در آن زمان است. بنابراین، هیستوگرام زمان تشخیص می‌تواند به طور دقیق شکل موج سیگنال اندازه‌گیری شده را نشان دهد.
مزایای کلیدی فناوری نوری مایکروویو کوانتومی
در مقایسه با سیستم‌های نوری مایکروویو سنتی، فوتونیک مایکروویو کوانتومی چندین مزیت کلیدی دارد: ۱. حساسیت فوق‌العاده بالا: سیگنال‌های بسیار ضعیف را تا سطح تک فوتون تشخیص می‌دهد. ۲. افزایش پهنای باند: توسط پهنای باند آشکارساز نوری محدود نمی‌شود، و فقط تحت تأثیر لرزش زمان آشکارساز تک فوتون قرار می‌گیرد. ۳. ضد تداخل پیشرفته: بازسازی TCSPC می‌تواند سیگنال‌هایی را که به تریگر قفل نشده‌اند، فیلتر کند. ۴. نویز کمتر: از نویز ناشی از تشخیص و تقویت فوتوالکتریک سنتی جلوگیری می‌کند.
زمان ارسال: ۲۷ آگوست ۲۰۲۴