Công nghệ quang học vi sóng lượng tử

lượng tửquang học vi sóngcông nghệ
Công nghệ quang học vi sóngđã trở thành một lĩnh vực mạnh mẽ, kết hợp những ưu điểm của công nghệ quang học và vi sóng trong xử lý tín hiệu, truyền thông, cảm biến và các khía cạnh khác. Tuy nhiên, các hệ thống quang tử vi sóng thông thường gặp phải một số hạn chế chính, đặc biệt là về băng thông và độ nhạy. Để vượt qua những thách thức này, các nhà nghiên cứu đang bắt đầu khám phá quang tử vi sóng lượng tử – một lĩnh vực mới thú vị kết hợp các khái niệm công nghệ lượng tử với quang tử vi sóng.

Nguyên tắc cơ bản của công nghệ quang học vi sóng lượng tử
Cốt lõi của công nghệ quang học vi sóng lượng tử là thay thế quang học truyền thốngmáy tách sóng quangtrongliên kết photon vi sóngvới bộ tách sóng quang đơn photon có độ nhạy cao. Điều này cho phép hệ thống hoạt động ở mức công suất quang cực thấp, thậm chí xuống mức một photon, đồng thời có khả năng tăng băng thông.
Các hệ thống photon vi sóng lượng tử điển hình bao gồm: 1. Các nguồn photon đơn lẻ (ví dụ: laser suy yếu 2.Bộ điều biến quang điệnđể mã hóa tín hiệu vi sóng/RF 3. Thành phần xử lý tín hiệu quang học4. Máy dò photon đơn (ví dụ: Máy dò dây nano siêu dẫn) 5. Thiết bị điện tử đếm photon đơn phụ thuộc thời gian (TCSPC)
Hình 1 cho thấy sự so sánh giữa các liên kết photon vi sóng truyền thống và các liên kết photon vi sóng lượng tử:

Điểm khác biệt chính là việc sử dụng máy dò photon đơn lẻ và mô-đun TCSPC thay vì điốt quang tốc độ cao. Điều này cho phép phát hiện các tín hiệu cực yếu, đồng thời hy vọng đẩy băng thông vượt quá giới hạn của bộ tách sóng quang truyền thống.

Sơ đồ phát hiện photon đơn
Sơ đồ phát hiện photon đơn lẻ rất quan trọng đối với các hệ thống photon vi sóng lượng tử. Nguyên lý làm việc như sau: 1. Tín hiệu kích hoạt định kỳ được đồng bộ hóa với tín hiệu đo được gửi đến mô-đun TCSPC. 2. Máy dò photon đơn phát ra một loạt xung đại diện cho các photon được phát hiện. 3. Mô-đun TCSPC đo chênh lệch thời gian giữa tín hiệu kích hoạt và từng photon được phát hiện. 4. Sau vài vòng kích hoạt, biểu đồ thời gian phát hiện được thiết lập. 5. Biểu đồ có thể tái tạo lại dạng sóng của tín hiệu gốc. Về mặt toán học, có thể chỉ ra rằng xác suất phát hiện một photon tại một thời điểm nhất định tỷ lệ thuận với công suất quang tại thời điểm đó. Do đó, biểu đồ thời gian phát hiện có thể thể hiện chính xác dạng sóng của tín hiệu đo được.

Ưu điểm chính của công nghệ quang học vi sóng lượng tử
So với các hệ thống quang học vi sóng truyền thống, quang tử vi sóng lượng tử có một số ưu điểm chính: 1. Độ nhạy cực cao: Phát hiện các tín hiệu cực yếu ở mức photon đơn lẻ. 2. Tăng băng thông: không bị giới hạn bởi băng thông của bộ tách sóng quang, chỉ bị ảnh hưởng bởi độ biến động thời gian của bộ tách sóng quang đơn lẻ. 3. Tăng cường khả năng chống nhiễu: Việc tái cấu trúc TCSPC có thể lọc ra các tín hiệu không bị khóa với bộ kích hoạt. 4. Độ ồn thấp hơn: Tránh tiếng ồn do phát hiện và khuếch đại quang điện truyền thống.