الكمبصريات الميكروويفتكنولوجيا
تكنولوجيا البصريات الميكروويفيةأصبح مجالًا واعدًا يجمع بين مزايا التكنولوجيا البصرية وتكنولوجيا الموجات الدقيقة في معالجة الإشارات، والاتصالات، والاستشعار، وغيرها. ومع ذلك، تواجه أنظمة الموجات الدقيقة الفوتونية التقليدية بعض القيود الرئيسية، لا سيما فيما يتعلق بعرض النطاق الترددي والحساسية. وللتغلب على هذه التحديات، بدأ الباحثون في استكشاف فوتونيات الموجات الدقيقة الكمومية، وهو مجال جديد ومثير يجمع بين مفاهيم تكنولوجيا الكم وفوتونيات الموجات الدقيقة.
أساسيات تكنولوجيا البصريات الكمومية للميكروويف
إن جوهر تكنولوجيا البصريات الكمومية للميكروويف هو استبدال البصريات التقليديةكاشف ضوئيفيرابط فوتون الميكروويفمع كاشف ضوئي عالي الحساسية للفوتون الواحد. يسمح هذا للنظام بالعمل بمستويات طاقة بصرية منخفضة للغاية، حتى مستوى الفوتون الواحد، مع إمكانية زيادة عرض النطاق الترددي.
تتضمن أنظمة الفوتونات الدقيقة الكمومية النموذجية ما يلي: 1. مصادر الفوتون الفردي (على سبيل المثال، الليزر المخفف 2.معدِّل كهروضوئيلتشفير إشارات الميكروويف/الترددات الراديوية 3. مُكوّن معالجة الإشارات الضوئية 4. كواشف الفوتون المفرد (مثل كواشف الأسلاك النانوية فائقة التوصيل) 5. الأجهزة الإلكترونية لعد الفوتون المفرد المعتمد على الوقت (TCSPC)
يوضح الشكل 1 المقارنة بين روابط الفوتون الميكروويف التقليدية وروابط الفوتون الميكروويف الكمومي:
الفرق الرئيسي هو استخدام كاشفات فوتونية أحادية ووحدات TCSPC بدلاً من الثنائيات الضوئية عالية السرعة. يتيح هذا اكتشاف إشارات ضعيفة للغاية، مع التطلع إلى توسيع نطاق التردد ليتجاوز حدود كاشفات الضوء التقليدية.
مخطط كشف الفوتون الفردي
يُعدّ نظام كشف الفوتون المفرد بالغ الأهمية لأنظمة فوتونات الموجات الدقيقة الكمومية. ويتمثل مبدأ عمله فيما يلي: 1. تُرسَل إشارة التشغيل الدورية المتزامنة مع الإشارة المقاسة إلى وحدة TCSPC. 2. يُخرِج كاشف الفوتون المفرد سلسلة من النبضات التي تُمثل الفوتونات المكتشفة. 3. تقيس وحدة TCSPC الفرق الزمني بين إشارة التشغيل وكل فوتون مكتشف. 4. بعد عدة دورات تشغيل، يُنشأ مُدرج تكراري لوقت الكشف. 5. يُمكن للمدرج التكراري إعادة بناء شكل موجة الإشارة الأصلية. رياضيًا، يُمكن إثبات أن احتمال اكتشاف فوتون في وقت مُحدد يتناسب طرديًا مع القدرة الضوئية في ذلك الوقت. وبالتالي، يُمكن لمُدرج تكراري لوقت الكشف تمثيل شكل موجة الإشارة المقاسة بدقة.
المزايا الرئيسية لتكنولوجيا البصريات الكمومية للميكروويف
بالمقارنة مع أنظمة بصرية تقليدية للموجات الدقيقة، تتميز فوتونيات الموجات الدقيقة الكمومية بالعديد من المزايا الرئيسية: 1. حساسية فائقة: تكتشف إشارات ضعيفة للغاية حتى مستوى الفوتون الواحد. 2. زيادة عرض النطاق الترددي: لا يقتصر على عرض نطاق كاشف الضوء، بل يتأثر فقط بتذبذب توقيت كاشف الفوتون الواحد. 3. تعزيز مقاومة التداخل: يمكن لإعادة بناء TCSPC تصفية الإشارات غير المرتبطة بالمحفز. 4. ضوضاء أقل: تجنب الضوضاء الناتجة عن الكشف والتضخيم الكهروضوئي التقليدي.
وقت النشر: ٢٧ أغسطس ٢٠٢٤