Công nghệ quang học vi sóng lượng tử

Lượng tửvi sóng quang họccông 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 công nghệ 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 phải đối mặt với 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 về công nghệ lượng tử với quang tử vi sóng.

Cơ sở 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 dò ảnhtrongliên kết photon vi sóngvới bộ dò quang photon đơn có độ nhạy cao. Điều này cho phép hệ thống hoạt động ở mức công suất quang cực thấp, thậm chí xuống đến mức photon đơn, đồng thời cũng có khả năng tăng băng thông.
Các hệ thống photon vi sóng lượng tử điển hình bao gồm: 1. Nguồn photon đơn (ví dụ, tia laser suy yếu 2.Bộ điều biến điện quangđể mã hóa tín hiệu vi sóng/RF 3. Linh kiện xử lý tín hiệu quang 4. Máy dò photon đơn (ví dụ: Máy dò nanowire siêu dẫn) 5. Thiết bị điện tử đếm photon đơn phụ thuộc thời gian (TCSPC)
Hình 1 cho thấy sự so sánh giữa liên kết photon vi sóng truyền thống và liên kết photon vi sóng lượng tử:

Sự khác biệt chính là sử dụng các bộ dò photon đơn và các 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 đẩy băng thông vượt quá giới hạn của các bộ dò quang truyền thống.

Sơ đồ phát hiện photon đơn
Sơ đồ 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 tuần hoàn được đồng bộ hóa với tín hiệu đo được sẽ được gửi đến mô-đun TCSPC. 2. Bộ dò photon đơn sẽ đưa ra một loạt xung biểu diễn 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 một số vòng lặp kích hoạt, biểu đồ thời gian phát hiện được thiết lập. 5. Biểu đồ có thể tái tạo 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 tại thời điểm đó. Do đó, biểu đồ thời gian phát hiện có thể biểu diễn chính xác dạng sóng của tín hiệu được đo.

Những lợi thế 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 xuống 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 trễ thời gian của bộ tách sóng photon đơn. 3. Chống nhiễu được tăng cường: Tái tạo TCSPC có thể lọc ra các tín hiệu không bị khóa vào bộ kích hoạt. 4. Tiếng ồn thấp hơn: Tránh tiếng ồn do phát hiện và khuếch đại quang điện truyền thống gây ra.