Công nghệ quang học vi sóng lượng tử

Lượng tửquang học vi sóngcông nghệ
Công nghệ quang học vi sóngLĩnh vực này đã trở nên 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 truyền thống phải đối mặt với một số hạn chế chính, đặc biệt là về băng thông và độ nhạy. Để khắc phục những thách thức này, các nhà nghiên cứu đang bắt đầu khám phá quang tử vi sóng lượng tử – một lĩnh vực mới đầy hứa hẹn kết hợp các khái niệm của công nghệ lượng tử với quang tử vi sóng.

Nguyên lý 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 công nghệ quang học truyền thống.bộ tách sóng quangtrongliên kết photon vi sóngVới bộ tách sóng quang đơn photon độ nhạy cao. Điều này cho phép hệ thống hoạt động ở mức công suất quang cực thấp, thậm chí xuống đến mức đơn photon, đồng thời có khả năng tăng băng thông.
Các hệ thống photon vi sóng lượng tử điển hình bao gồm: 1. Nguồn photon đơn (ví dụ: laser suy giảm) 2.Bộ điều biến điện quang1. Bộ mã hóa tín hiệu vi sóng/RF 2. Linh kiện xử lý tín hiệu quang 3. Bộ dò photon đơn (ví dụ: bộ dò dây nano siêu dẫn) 4. Thiết bị điện tử đếm photon đơn phụ thuộc thời gian (TCSPC)
Hình 1 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 các bộ dò photon đơn và mô-đun TCSPC thay vì các điốt quang tốc độ cao. Điều này cho phép phát hiện các tín hiệu cực yếu, đồng thời hy vọng sẽ mở rộng băng thông vượt qua giới hạn của các bộ dò quang truyền thống.

Sơ đồ phát hiện photon đơn
Phương pháp phát hiện photon đơn rất quan trọng đối với các hệ thống photon vi sóng lượng tử. Nguyên lý hoạt động như sau: 1. Tín hiệu kích hoạt định kỳ được đồng bộ với tín hiệu đo được gửi đến mô-đun TCSPC. 2. Bộ dò photon đơn xuất ra một loạt các xung đại diện cho các photon được phát hiện. 3. Mô-đun TCSPC đo sự khác biệt về thời gian giữa tín hiệu kích hoạt và mỗi photon được phát hiện. 4. Sau một vài vòng lặp kích hoạt, biểu đồ tần suất thời gian phát hiện được thiết lập. 5. Biểu đồ tần suất có thể tái tạo lại dạng sóng của tín hiệu gốc. Về mặt toán học, có thể chứng minh rằng xác suất phát hiện một photon tại một thời điểm nhất định tỷ lệ thuận với công suất quang học tại thời điểm đó. Do đó, biểu đồ tần suất thời gian phát hiện có thể biểu diễn chính xác dạng sóng của tín hiệu đo được.

Những ưu điểm chính của công nghệ quang 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 đến mức photon đơn. 2. Tăng băng thông: không bị giới hạn bởi băng thông của bộ tách sóng quang, chỉ bị ảnh hưởng bởi độ nhiễu thời gian của bộ tách sóng photon đơn. 3. Khả năng chống nhiễu được tăng cường: Tái tạo TCSPC có thể lọc ra các tín hiệu không được khóa với tín hiệu kích hoạt. 4. Giảm nhiễu: Tránh được nhiễu do quá trình phát hiện và khuếch đại quang điện truyền thống gây ra.