კვანტური მიკროტალღური ოპტიკური ტექნოლოგია

კვანტურიმიკროტალღური ოპტიკურიტექნოლოგია
მიკროტალღური ოპტიკური ტექნოლოგიაგახდა ძლიერი სფერო, რომელიც აერთიანებს ოპტიკური და მიკროტალღური ტექნოლოგიის უპირატესობებს სიგნალის დამუშავების, კომუნიკაციის, შეგრძნების და სხვა ასპექტებში. ამასთან, ჩვეულებრივი მიკროტალღური ფოტონური სისტემები გარკვეულ მნიშვნელოვან შეზღუდვას განიცდიან, განსაკუთრებით სიჩქარის და მგრძნობელობის თვალსაზრისით. ამ გამოწვევების დასაძლევად, მკვლევარები იწყებენ კვანტური მიკროტალღური ფოტონიკის შესწავლას - საინტერესო ახალი ველი, რომელიც აერთიანებს კვანტური ტექნოლოგიის ცნებებს მიკროტალღურ ფოტონიკასთან.

კვანტური მიკროტალღური ოპტიკური ტექნოლოგიის საფუძვლები
კვანტური მიკროტალღური ოპტიკური ტექნოლოგიის ბირთვი არის ტრადიციული ოპტიკური ჩანაცვლებაფოტოდეტექტორიInმიკროტალღური ფოტონის ბმულიმაღალი მგრძნობელობით ერთჯერადი ფოტონის ფოტოდექტორით. ეს საშუალებას აძლევს სისტემას იმოქმედოს ძალიან დაბალი ოპტიკური ენერგიის დონეზე, თუნდაც ერთი ფოტონის დონეზე, ამასთანავე, პოტენციურად იზრდება სიჩქარეს.
ტიპიური კვანტური მიკროტალღური ფოტონის სისტემები მოიცავს: 1. ერთჯერადი ფოტონის წყაროები (მაგ., შემცირებული ლაზერები 2.ელექტრო ოპტიკური მოდულატორიმიკროტალღური/RF სიგნალების კოდირებისთვის 3. ოპტიკური სიგნალის დამუშავების კომპონენტი 4. ერთჯერადი ფოტონის დეტექტორები (მაგ. Superconducting Nanowire Detectors) 5. დროზე დამოკიდებული ერთჯერადი ფოტონის დათვლა (TCSPC) ელექტრონული მოწყობილობები
სურათი 1 გვიჩვენებს შედარებას ტრადიციული მიკროტალღური ფოტონის ბმულებსა და კვანტურ მიკროტალღურ ფოტონის ბმულებს შორის:

მთავარი განსხვავებაა ერთი ფოტონის დეტექტორების და TCSPC მოდულების გამოყენება მაღალი სიჩქარით ფოტოდიოდების ნაცვლად. ეს საშუალებას იძლევა უკიდურესად სუსტი სიგნალების გამოვლენა, ხოლო იმედია, რომ სიჩქარეს უბიძგებს ტრადიციული ფოტოდეტექტორების საზღვრებს მიღმა.

ერთი ფოტონის გამოვლენის სქემა
ერთი ფოტონის გამოვლენის სქემა ძალიან მნიშვნელოვანია კვანტური მიკროტალღური ფოტონის სისტემებისთვის. სამუშაო პრინციპი ასეთია: 1. გაზომილი სიგნალით სინქრონიზებული პერიოდული ტრიგერის სიგნალი იგზავნება TCSPC მოდულში. 2. ერთი ფოტონის დეტექტორი გამოაქვეყნებს პულსის სერიას, რომლებიც წარმოადგენენ აღმოჩენილ ფოტონებს. 3. TCSPC მოდული ზომავს დროის განსხვავებას ტრიგერის სიგნალსა და თითოეულ აღმოჩენილ ფოტონს შორის. 4. რამდენიმე ტრიგერის მარყუჟის შემდეგ დადგენილია გამოვლენის დროის ჰისტოგრამა. 5. ჰისტოგრამას შეუძლია აღადგინოს ორიგინალური სიგნალის ტალღის ფორმა. მათემატიკურად, შეიძლება ნაჩვენები იყოს, რომ მოცემულ დროს ფოტონის გამოვლენის ალბათობა პროპორციულია იმ დროს ოპტიკური ენერგიის პროპორციული. ამრიგად, გამოვლენის დროის ჰისტოგრამას შეუძლია ზუსტად წარმოადგენდეს გაზომილი სიგნალის ტალღის ფორმას.

კვანტური მიკროტალღური ოპტიკური ტექნოლოგიის ძირითადი უპირატესობები
მიკროტალღური ტრადიციული ოპტიკური სისტემების შედარებით, კვანტურ მიკროტალღურ ფოტონიკას აქვს რამდენიმე ძირითადი უპირატესობა: 1. ულტრა მაღალი მგრძნობელობა: გამოავლენს უკიდურესად სუსტი სიგნალებს ერთი ფოტონის დონეზე. 2. სიჩქარის ზრდა: არ შემოიფარგლება მხოლოდ ფოტოდეტექტორის სიჩქარესთან, რომელიც მხოლოდ ერთი ფოტონის დეტექტორის დროულ დროზეა დაზარალებული. 3. გაძლიერებული საწინააღმდეგო ჩარევა: TCSPC რეკონსტრუქციას შეუძლია გაფილტვრა სიგნალები, რომლებიც არ არის ჩაკეტილი. 4. ქვედა ხმაური: თავიდან აიცილოთ ტრადიციული ფოტოელექტრული გამოვლენისა და გამაძლიერებლით გამოწვეული ხმაური.