კვანტური მიკროტალღური ოპტიკური ტექნოლოგია

კვანტურიმიკროტალღური ოპტიკურიტექნოლოგია
მიკროტალღური ოპტიკური ტექნოლოგიაგახდა მძლავრი სფერო, რომელიც აერთიანებს ოპტიკური და მიკროტალღური ტექნოლოგიის უპირატესობებს სიგნალის დამუშავების, კომუნიკაციის, ზონდირების და სხვა ასპექტებში. თუმცა, ჩვეულებრივი მიკროტალღური ფოტონიკური სისტემები აწყდება რამდენიმე ძირითად შეზღუდვას, განსაკუთრებით გამტარუნარიანობისა და მგრძნობელობის თვალსაზრისით. ამ გამოწვევების დასაძლევად მკვლევარები იწყებენ კვანტური მიკროტალღური ფოტონიკის შესწავლას - ახალი საინტერესო ველი, რომელიც აერთიანებს კვანტური ტექნოლოგიების კონცეფციებს მიკროტალღურ ფოტონიკასთან.

კვანტური მიკროტალღური ოპტიკური ტექნოლოგიის საფუძვლები
კვანტური მიკროტალღური ოპტიკური ტექნოლოგიის ბირთვი არის ტრადიციული ოპტიკური ჩანაცვლებაფოტოდეტექტორიწელსმიკროტალღური ფოტონის ბმულიმაღალი მგრძნობელობის ერთი ფოტონული ფოტოდეტექტორით. ეს საშუალებას აძლევს სისტემას იმუშაოს უკიდურესად დაბალ ოპტიკური სიმძლავრის დონეზე, თუნდაც ერთი ფოტოონის დონემდე, და ასევე პოტენციურად გაზარდოს გამტარუნარიანობა.
ტიპიური კვანტური მიკროტალღური ფოტონის სისტემები მოიცავს: 1. ერთფოტონურ წყაროებს (მაგ., დასუსტებული ლაზერები 2.ელექტროოპტიკური მოდულატორიმიკროტალღური/RF სიგნალების კოდირებისთვის 3. ოპტიკური სიგნალის დამუშავების კომპონენტი4. ერთჯერადი ფოტონის დეტექტორები (მაგ. სუპერგამტარი ნანომავთულის დეტექტორები) 5. დროზე დამოკიდებული ერთი ფოტონის დათვლის (TCSPC) ელექტრონული მოწყობილობები
სურათი 1 გვიჩვენებს შედარებას ტრადიციული მიკროტალღური ფოტონის ბმულებსა და კვანტურ მიკროტალღურ ფოტონურ ბმულებს შორის:

მთავარი განსხვავება არის ერთჯერადი ფოტონის დეტექტორების და TCSPC მოდულების გამოყენება მაღალსიჩქარიანი ფოტოდიოდების ნაცვლად. ეს საშუალებას იძლევა აღმოაჩინოს უკიდურესად სუსტი სიგნალები, თუმცა იმედია გამტარუნარიანობას სცილდება ტრადიციული ფოტოდეტექტორების საზღვრებს.

ერთი ფოტონის გამოვლენის სქემა
ერთი ფოტონის გამოვლენის სქემა ძალიან მნიშვნელოვანია კვანტური მიკროტალღური ფოტონის სისტემებისთვის. მუშაობის პრინციპი ასეთია: 1. გაზომილ სიგნალთან სინქრონიზებული პერიოდული ტრიგერის სიგნალი იგზავნება TCSPC მოდულში. 2. ერთი ფოტონის დეტექტორი გამოსცემს იმპულსების სერიას, რომელიც წარმოადგენს აღმოჩენილ ფოტონებს. 3. TCSPC მოდული ზომავს დროის სხვაობას ტრიგერის სიგნალსა და თითოეულ გამოვლენილ ფოტონს შორის. 4. რამდენიმე ტრიგერის მარყუჟის შემდეგ დადგენილია გამოვლენის დროის ჰისტოგრამა. 5. ჰისტოგრამას შეუძლია ორიგინალური სიგნალის ტალღის რეკონსტრუქცია. მათემატიკურად შეიძლება აჩვენოს, რომ მოცემულ დროს ფოტონის აღმოჩენის ალბათობა იმ დროს ოპტიკური სიმძლავრის პროპორციულია. ამრიგად, გამოვლენის დროის ჰისტოგრამას შეუძლია ზუსტად წარმოადგინოს გაზომილი სიგნალის ტალღის ფორმა.

კვანტური მიკროტალღური ოპტიკური ტექნოლოგიის ძირითადი უპირატესობები
ტრადიციულ მიკროტალღურ ოპტიკურ სისტემებთან შედარებით, კვანტურ მიკროტალღურ ფოტონიკას აქვს რამდენიმე ძირითადი უპირატესობა: 1. ულტრა მაღალი მგრძნობელობა: აღმოაჩენს უკიდურესად სუსტ სიგნალებს ერთი ფოტონის დონემდე. 2. გამტარუნარიანობის გაზრდა: არ შემოიფარგლება ფოტოდეტექტორის გამტარუნარიანობით, გავლენას ახდენს მხოლოდ ერთი ფოტონის დეტექტორის დროითი ჟიტერი. 3. გაძლიერებული ჩარევის საწინააღმდეგო: TCSPC რეკონსტრუქციას შეუძლია გაფილტროს სიგნალები, რომლებიც არ არის ჩაკეტილი ტრიგერზე. 4. დაბალი ხმაური: მოერიდეთ ხმაურს, რომელიც გამოწვეულია ტრადიციული ფოტოელექტრული გამოვლენით და გაძლიერებით.