Teknologi optik gelombang mikro kuantum

Kuantumoptik gelombang mikroteknologi
Teknologi optik gelombang mikrotelah menjadi bidang yang hebat, menggabungkan kelebihan teknologi optik dan gelombang mikro dalam pemprosesan isyarat, komunikasi, penderiaan dan aspek lain. Walau bagaimanapun, sistem fotonik gelombang mikro konvensional menghadapi beberapa batasan utama, terutamanya dari segi lebar jalur dan kepekaan. Untuk mengatasi cabaran ini, para penyelidik mula meneroka fotonik gelombang mikro kuantum – satu bidang baharu yang menarik yang menggabungkan konsep teknologi kuantum dengan fotonik gelombang mikro.

Asas teknologi optik gelombang mikro kuantum
Teras teknologi optik gelombang mikro kuantum adalah untuk menggantikan optik tradisionalpengesan fotodalampautan foton gelombang mikrodengan fotodetektor foton tunggal bersensitiviti tinggi. Ini membolehkan sistem beroperasi pada tahap kuasa optik yang sangat rendah, walaupun sehingga ke tahap foton tunggal, di samping berpotensi meningkatkan lebar jalur.
Sistem foton gelombang mikro kuantum yang biasa termasuk: 1. Sumber foton tunggal (contohnya, laser yang dilemahkan 2.Modulator elektro-optikuntuk pengekodan isyarat gelombang mikro/RF 3. Komponen pemprosesan isyarat optik 4. Pengesan foton tunggal (cth. Pengesan nanowayar superkonduktor) 5. Peranti elektronik Pengiraan foton tunggal (TCSPC) yang bergantung pada masa
Rajah 1 menunjukkan perbandingan antara pautan foton gelombang mikro tradisional dan pautan foton gelombang mikro kuantum:

Perbezaan utama ialah penggunaan pengesan foton tunggal dan modul TCSPC dan bukannya fotodiod berkelajuan tinggi. Ini membolehkan pengesanan isyarat yang sangat lemah, sambil diharapkan dapat meningkatkan lebar jalur melebihi had fotopengesan tradisional.

Skim pengesanan foton tunggal
Skema pengesanan foton tunggal sangat penting untuk sistem foton gelombang mikro kuantum. Prinsip kerja adalah seperti berikut: 1. Isyarat pencetus berkala yang disegerakkan dengan isyarat yang diukur dihantar ke modul TCSPC. 2. Pengesan foton tunggal mengeluarkan satu siri denyutan yang mewakili foton yang dikesan. 3. Modul TCSPC mengukur perbezaan masa antara isyarat pencetus dan setiap foton yang dikesan. 4. Selepas beberapa gelung pencetus, histogram masa pengesanan diwujudkan. 5. Histogram boleh membina semula bentuk gelombang isyarat asal. Secara matematik, dapat ditunjukkan bahawa kebarangkalian mengesan foton pada masa tertentu adalah berkadar dengan kuasa optik pada masa itu. Oleh itu, histogram masa pengesanan dapat mewakili bentuk gelombang isyarat yang diukur dengan tepat.

Kelebihan utama teknologi optik gelombang mikro kuantum
Berbanding dengan sistem optik gelombang mikro tradisional, fotonik gelombang mikro kuantum mempunyai beberapa kelebihan utama: 1. Kepekaan ultra tinggi: Mengesan isyarat yang sangat lemah sehingga ke tahap foton tunggal. 2. Peningkatan lebar jalur: tidak terhad oleh lebar jalur fotopengesan, hanya dipengaruhi oleh geseran masa pengesan foton tunggal. 3. Anti-gangguan yang dipertingkatkan: Pembinaan semula TCSPC boleh menapis isyarat yang tidak terkunci pada pencetus. 4. Bunyi yang lebih rendah: Elakkan bunyi yang disebabkan oleh pengesanan dan amplifikasi fotoelektrik tradisional.