კვანტური მიკროტალღური ოპტიკური ტექნოლოგია

კვანტურიმიკროტალღური ოპტიკურიტექნოლოგია
მიკროტალღური ოპტიკური ტექნოლოგიაძლიერ დარგად იქცა, რომელიც აერთიანებს ოპტიკური და მიკროტალღური ტექნოლოგიების უპირატესობებს სიგნალის დამუშავებაში, კომუნიკაციაში, სენსორებსა და სხვა ასპექტებში. თუმცა, ტრადიციული მიკროტალღური ფოტონური სისტემები გარკვეული ძირითადი შეზღუდვების წინაშე დგანან, განსაკუთრებით გამტარუნარიანობისა და მგრძნობელობის თვალსაზრისით. ამ გამოწვევების დასაძლევად, მკვლევარები იწყებენ კვანტური მიკროტალღური ფოტონიკის შესწავლას - საინტერესო ახალ დარგს, რომელიც აერთიანებს კვანტური ტექნოლოგიის კონცეფციებს მიკროტალღურ ფოტონიკასთან.

კვანტური მიკროტალღური ოპტიკური ტექნოლოგიის საფუძვლები
კვანტური მიკროტალღური ოპტიკური ტექნოლოგიის ძირითადი მიზანია ტრადიციული ოპტიკური ტექნოლოგიის ჩანაცვლება.ფოტოდეტექტორიშიმიკროტალღური ფოტონის ბმულიმაღალი მგრძნობელობის ერთფოტონიანი ფოტოდეტექტორით. ეს საშუალებას აძლევს სისტემას იმუშაოს უკიდურესად დაბალ ოპტიკური სიმძლავრის დონეზე, ერთფოტონიან დონემდეც კი, ამავდროულად პოტენციურად გაზარდოს გამტარუნარიანობა.
ტიპური კვანტური მიკროტალღური ფოტონური სისტემები მოიცავს: 1. ერთფოტონიან წყაროებს (მაგ., შესუსტებულ ლაზერებს 2.ელექტროოპტიკური მოდულატორიმიკროტალღური/RF სიგნალების კოდირებისთვის 3. ოპტიკური სიგნალის დამუშავების კომპონენტი 4. ერთფოტონიანი დეტექტორები (მაგ. ზეგამტარი ნანომავთულებიანი დეტექტორები) 5. დროზე დამოკიდებული ერთფოტონიანი დათვლის (TCSPC) ელექტრონული მოწყობილობები
სურათი 1 გვიჩვენებს შედარებას ტრადიციულ მიკროტალღურ ფოტონურ ბმულებსა და კვანტურ მიკროტალღურ ფოტონურ ბმულებს შორის:

მთავარი განსხვავება მაღალსიჩქარიანი ფოტოდიოდების ნაცვლად ერთფოტონიანი დეტექტორებისა და TCSPC მოდულების გამოყენებაა. ეს საშუალებას იძლევა უკიდურესად სუსტი სიგნალების აღმოჩენისა და, იმედია, გამტარუნარიანობის გაზრდით ტრადიციული ფოტოდეტექტორების ლიმიტების მიღმა.

ერთი ფოტონის აღმოჩენის სქემა
ერთი ფოტონის აღმოჩენის სქემა ძალიან მნიშვნელოვანია კვანტური მიკროტალღური ფოტონული სისტემებისთვის. მუშაობის პრინციპი შემდეგია: 1. პერიოდული ტრიგერის სიგნალი, სინქრონიზებული გაზომილ სიგნალთან, იგზავნება TCSPC მოდულში. 2. ერთი ფოტონის დეტექტორი გამოსცემს იმპულსების სერიას, რომლებიც წარმოადგენენ აღმოჩენილ ფოტონებს. 3. TCSPC მოდული ზომავს დროის სხვაობას ტრიგერის სიგნალსა და თითოეულ აღმოჩენილ ფოტონს შორის. 4. რამდენიმე ტრიგერის ციკლის შემდეგ, იქმნება აღმოჩენის დროის ჰისტოგრამა. 5. ჰისტოგრამას შეუძლია ორიგინალური სიგნალის ტალღის ფორმის რეკონსტრუქცია. მათემატიკურად, შეიძლება ნაჩვენები იყოს, რომ ფოტონის მოცემულ დროს აღმოჩენის ალბათობა პროპორციულია ოპტიკურ სიმძლავრეს მოცემულ დროს. ამიტომ, აღმოჩენის დროის ჰისტოგრამას შეუძლია ზუსტად წარმოადგინოს გაზომილი სიგნალის ტალღის ფორმა.

კვანტური მიკროტალღური ოპტიკური ტექნოლოგიის ძირითადი უპირატესობები
ტრადიციულ მიკროტალღურ ოპტიკურ სისტემებთან შედარებით, კვანტურ მიკროტალღურ ფოტონიკას რამდენიმე ძირითადი უპირატესობა აქვს: 1. ულტრამაღალი მგრძნობელობა: აფიქსირებს უკიდურესად სუსტ სიგნალებს ერთი ფოტონის დონემდე. 2. გამტარუნარიანობის გაზრდა: არ შემოიფარგლება ფოტოდეტექტორის გამტარუნარიანობით, მასზე გავლენას ახდენს მხოლოდ ერთი ფოტონის დეტექტორის დროის რხევა. 3. გაძლიერებული ანტი-ჩარევა: TCSPC რეკონსტრუქციას შეუძლია გაფილტროს სიგნალები, რომლებიც არ არის მიბმული ტრიგერზე. 4. დაბალი ხმაური: თავიდან აიცილეთ ტრადიციული ფოტოელექტრული დეტექციითა და გაძლიერებით გამოწვეული ხმაური.